KR100715254B1

KR100715254B1 - Ashing Method

Info

Publication number: KR100715254B1
Application number: KR1020010045291A
Authority: KR
Inventors: 김기상; 이원순
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2007-05-07
Also published as: KR20030010374A

Abstract

반도체 기판 상에 형성된 포토레지스트 막을 제거하기 위한 애싱 방법이 개시되고 있다. 공정 챔버 내부로 이송된 반도체 기판은 리프트 핀에 의해 상승된 상태에서 고온의 플레이트에 의한 대류열과 램프의 복사열에 의해 제1 공정 온도로 가열된다. 그리고, 공정 챔버 내부로 공급되는 산소 래디칼과 포토레지스트 막의 반응에 의해 포토레지스트 막의 경화된 표면이 제거된다. 이어서, 반도체 기판이 리프트 핀의 하강에 의해 플레이트에 안착되고, 플레이트의 고열에 의해 제2 공정 온도로 가열되고, 상기 반응에 의해 벌크 포토레지스트 막이 제거된다. 이때, 램프의 광선은 포토레지스트 막을 여기상태로 만들어 애싱률을 상승시키고, 제1 제2 공정 온도에 따른 단계적인 온도 상승으로 포토레지스트 막의 파핑 현상을 방지할 수 있다.An ashing method for removing a photoresist film formed on a semiconductor substrate is disclosed. The semiconductor substrate transferred into the process chamber is heated to the first process temperature by the heat of convection by the hot plate and the radiant heat of the lamp in the state of being raised by the lift pin. Then, the cured surface of the photoresist film is removed by the reaction of the oxygen radicals supplied into the process chamber with the photoresist film. The semiconductor substrate is then seated on the plate by the lowering of the lift pins, heated to the second process temperature by the high heat of the plate, and the bulk photoresist film is removed by the reaction. At this time, the light rays of the lamp may cause the photoresist film to be in an excited state to increase the ashing rate and to prevent the phenomenon of the photoresist film from being stepped up by the temperature of the first second process temperature.

Description

Ashing Method

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 애싱 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram illustrating an ashing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시한 애싱 장치를 사용하는 애싱 공정의 흐름도이다.FIG. 2 is a flowchart of an ashing process using the ashing apparatus shown in FIG. 1.

도 3은 도 2에 도시한 애싱 공정의 흐름에 따른 반도체 기판의 온도를 나타내는 그래프이다.3 is a graph illustrating a temperature of a semiconductor substrate according to the flow of the ashing process illustrated in FIG. 2.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100 : 반도체 기판 102 : 공정 챔버100 semiconductor substrate 102 process chamber

104 : 플레이트 106 : 히터104: plate 106: heater

108 : 도어 110 : 펌프108: door 110: pump

112 : 리프트 핀 114 : 제1 석영 플레이트112: lift pin 114: first quartz plate

116 : 플라즈마 발생 챔버 118 : 애싱 가스 공급부116: plasma generation chamber 118: ashing gas supply unit

120 : 플라즈마 전송판 122 : 제2 석영 플레이트120: plasma transmission plate 122: second quartz plate

124 : 마이크로웨이브 도파관 126 : 램프124: microwave waveguide 126: lamp

본 발명은 반도체 장치를 제조하기 위한 가공 공정에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 반도체 기판 상에 형성된 포토레지스트 막을 플라즈마 다운스트림 방식을 이용하여 제거하는 애싱 공정에 관한 것이다.The present invention relates to a processing step for manufacturing a semiconductor device. More specifically, the present invention relates to an ashing process for removing a photoresist film formed on a semiconductor substrate using a plasma downstream method.

근래에 정보 통신 분야의 급속한 발달과 컴퓨터와 같은 정보 매체가 널리 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 상기 반도체 장치는 고속의 처리 속도와 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이에 따라, 상기 반도체 장치의 제조 기술은 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 발전되고 있다.In recent years, with the rapid development of the information communication field and the widespread use of information media such as computers, semiconductor devices are also rapidly developing. The semiconductor device is required to have a high processing speed and a large storage capacity. Accordingly, the manufacturing technology of the semiconductor device has been developed in the direction of improving the degree of integration, reliability and response speed.

일반적으로 반도체 장치는 반도체 장치로 제조하기 위한 반도체 기판에 대하여 증착, 사진, 식각, 이온 주입, 연마, 세정 등의 단위 공정들을 반복적으로 수행함으로서 제조된다. 상기 단위 공정들 중 상기 식각 공정은 습식 식각 및 건식 식각에 의해 수행할 수 있는데, 최근의 0.15㎛ 이하의 디자인 룰(design rule)을 요구하는 미세 패턴(pattern)을 형성하기 위한 식각은 주로 건식 식각에 의해 수행되고 있다.Generally, a semiconductor device is manufactured by repeatedly performing unit processes such as deposition, photography, etching, ion implantation, polishing, and cleaning on a semiconductor substrate for manufacturing a semiconductor device. Among the unit processes, the etching process may be performed by wet etching and dry etching. An etching for forming a fine pattern requiring a design rule of 0.15 μm or less is mainly performed by dry etching. Is being performed by

상기 식각 및 이온 주입 공정은 상기 반도체 기판 상에 형성된 피가공막을 선택적으로 식각하기 위한 마스크(mask)와 반도체 기판 상에 선택적으로 이온을 주입하기 위한 마스크가 필요하고, 상기 마스크는 반도체 기판 상에 포토레지스트 조성물을 도포하여 포토레지스트 막을 형성하는 공정과 상기 포토레지스트 막을 특정 패턴으로 형성하기 위한 노광 및 현상 공정을 통해 반도체 기판 상에 형성된다.The etching and ion implantation process requires a mask for selectively etching a processed film formed on the semiconductor substrate and a mask for selectively implanting ions on the semiconductor substrate, and the mask is formed on the semiconductor substrate. It is formed on a semiconductor substrate through a process of applying a resist composition to form a photoresist film and an exposure and development process for forming the photoresist film in a specific pattern.

상기 식각 및 이온 주입 공정이 종료된 후에는 상기 마스크로 사용된 포토레 지스트 막을 제거하는 애싱(ashing) 공정이 수행되어야 한다. 상기와 같은 애싱 공정은 반도체 기판 상에 형성되는 다층막들의 가공과 더불어 수차례 반복되어 수행된다.After the etching and ion implantation processes are completed, an ashing process of removing the photoresist film used as the mask should be performed. The ashing process as described above is repeatedly performed several times with the processing of the multilayer films formed on the semiconductor substrate.

최근 상기 애싱 공정을 수행하는 장치들은 처리 능력, 공정의 안정성 및 생산성의 견지에서 낱장 단위로 공정을 진행하는 장치들이 주류를 이루고 있다. 이러한 애싱 장치 및 애싱 공정의 일 예들이 미합중국 특허 제5,677,113호(issued to Suzuki, et al.)와 제5,763,328호(issued to Yoshihara, et al.) 및 제5,840,203호(issued to Peng)에 개시되어 있다.Recently, the apparatuses for performing the ashing process have become mainstream devices that process the sheet by unit in terms of processing capacity, process stability, and productivity. Examples of such ashing devices and ashing processes are disclosed in US Pat. Nos. 5,677,113 (issued to Suzuki, et al.) And 5,763,328 (issued to Yoshihara, et al.) And 5,840,203 (issued to Peng). .

상기 포토레지스트 막을 제거하는 방법으로는 RF(Radio Frequency) 또는 마이크로웨이브(Microwave)를 이용하여 플라즈마(Plasma)를 발생시키고, 상기 플라즈마를 이용하여 상기 포토레지스트 막을 제거하는 방법이 상용화되어 왔다. 즉, 플라즈마의 이온이나 레디칼(Radical) 성분이 상기 포토레지스트 막과 화학적인 반응을 함과 동시에 상기 이온들이 포토레지스트 막에 충돌하면서 상기 포토레지스트 막을 제거하게 된다.As a method of removing the photoresist film, a plasma is generated by using a radio frequency (RF) or a microwave, and a method of removing the photoresist film by using the plasma has been commercialized. That is, the ions or radicals of the plasma chemically react with the photoresist film and the ions collide with the photoresist film to remove the photoresist film.

상기 플라즈마를 사용하여 포토레지스트 막을 제거하는 방법의 예가 미합중국 특허 제5,998,104호(issued to Fujimura et al)에 개시되어 있다. 상기 특허에 의하면, 플라즈마를 다운스트림(downstream) 방식으로 반응 챔버에 제공하여 상기 포토레지스트 막을 제거한다. 그리고, 마이크로웨이브(microwave)를 사용하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 챔버를 구비하고, 상기 플라즈마를 다운스트림 방식으로 제공하는 장치에 대한 예가 미합중국 특허 제5,961,775호(issued to Fujimura et al)에 개시되어 있다.An example of a method of removing a photoresist film using the plasma is disclosed in US Pat. No. 5,998,104 (issued to Fujimura et al). According to the patent, a plasma is provided downstream to the reaction chamber to remove the photoresist film. An example of an apparatus having a plasma generation chamber for generating plasma using microwaves and providing the plasma in a downstream manner is disclosed in US Pat. No. 5,961,775 issued to Fujimura et al. .

상기와 같은 애싱 장치를 간략하게 설명하면 다음과 같다. The ashing device as described above will be briefly described as follows.

애싱 공정이 수행되는 공정 챔버의 상부에는 마이크로웨이브에 의해 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 챔버가 구비되고, 공정 챔버의 내부에는 반도체 기판이 놓여지는 플레이트가 구비된다. 상기 플레이트의 내부에는 히터가 구비되어 상기 플레이트를 가열하고, 상기 플레이트가 반도체 기판을 공정 온도로 가열한다.A plasma generating chamber for generating a plasma by microwaves is provided at an upper portion of the process chamber in which the ashing process is performed, and a plate in which a semiconductor substrate is placed is provided in the process chamber. A heater is provided inside the plate to heat the plate, and the plate heats the semiconductor substrate to a process temperature.

상기 애싱 공정의 진행 순서에 따라 설명하면, 반도체 기판이 플레이트에 안착되면, 플레이트에 내장된 히터에 의해 가열된 플레이트가 반도체 기판을 가열하고, 공정 챔버의 내부는 진공 상태로 형성된다. 이어서, 플라즈마 발생 챔버에서 형성된 플라즈마 상태의 산소 레디칼이 공정 챔버로 공급된다. 상기 산소 레디칼과 포토레지스트 막이 반응하여 포토레지스트 막이 제거된다.When the semiconductor substrate is seated on the plate, the plate heated by the heater embedded in the plate heats the semiconductor substrate, and the inside of the process chamber is formed in a vacuum state. Subsequently, oxygen radicals in a plasma state formed in the plasma generation chamber are supplied to the process chamber. The oxygen radical and the photoresist film react to remove the photoresist film.

그러나, 상기 애싱 공정이 진행되는 도중에 고온의 플레이트에 의해 반도체 기판의 온도가 급격하게 상승함에 따라 반도체 기판 상에 형성된 포토레지스트 막의 내부에서 파핑(popping) 현상이 발생하게 된다. 상기 파핑 현상은 초기 경화된 포토레지스트 막의 표면 아래에서 벌크(bulk) 포토레지스트 막이 상기 급격한 온도 상승에 의해 팽창되어 경화된 포토레지스트 막의 표면을 뚫고 나오는 현상이다.However, during the ashing process, as the temperature of the semiconductor substrate is rapidly increased by the hot plate, a popping phenomenon occurs in the photoresist film formed on the semiconductor substrate. The popping phenomenon is a phenomenon in which a bulk photoresist film swells under the surface of the initial cured photoresist film and pierces the surface of the cured photoresist film by the rapid temperature rise.

상기 파핑 현상으로 발생되는 파티클은 반도체 기판 상에 잔류되어 후속 공정의 불량 원인으로 작용하고, 공정 챔버 내부에 부착되어 애싱 장치의 오염 물질로 작용한다.The particles generated by the popping phenomenon remain on the semiconductor substrate to act as a cause of failure of subsequent processes, and adhere to the inside of the process chamber to act as a contaminant of the ashing device.

상기 파핑 현상을 방지하기 위해 고온의 플레이트 대신 램프를 사용하여 상 기 램프의 온도를 조절하는 방법이 있고, 서로 다른 온도를 갖는 플레이트를 사용하는 방법이 있다. 그러나, 상기와 같은 방법은 램프의 온도를 조절이 용이하지 않고, 공정 시간이 너무 길다는 문제점이 있다.In order to prevent the popping phenomenon, there is a method of adjusting the temperature of the lamp by using a lamp instead of a high temperature plate, and a method of using plates having different temperatures. However, the above method is not easy to control the temperature of the lamp, there is a problem that the process time is too long.

상기와 유사한 예로서 미합중국 특허 제5,677,113호(issued to Suzuki et al.)에는 수은 방전램프를 사용하는 애싱 방법과 장치가 개시되어 있고, 미합중국 특허 제5,547,642호(issued to Seiwa et al.)에는 오존 가스와 자외선을 사용하는 애싱 장치 및 방법이 개시되어 있다.As a similar example of this, US Pat. No. 5,677,113 (issued to Suzuki et al.) Discloses an ashing method and apparatus using a mercury discharge lamp, and US Pat. No. 5,547,642 (issued to Seiwa et al.) Describes ozone gas. An ashing apparatus and method using ultraviolet rays are disclosed.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 반도체 기판의 온도를 단계적으로 상승시키고, 상기 온도를 상승시키는데 소요되는 시간을 단축시킴으로서 포토레지스트 막의 파핑 현상을 방지하고, 공정 시간을 단축시키는 애싱 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to increase the temperature of the semiconductor substrate step by step, and to reduce the time required to increase the temperature to prevent the phenomenon of the photoresist film, ashing method for shortening the process time To provide.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 애싱 방법은 기판 상에 형성된 포토레지스트 막을 제거하는 공정이 수행되는 공정 챔버 내부로 상기 기판을 이송시키는 단계, 상기 공정 챔버에 구비되는 리프트 핀을 상승시켜 상기 리프트 핀 단부에 상기 공정 챔버 내부로 이송된 기판을 올려놓는 단계, 상기 공정 챔버에 구비되는 램프의 복사열과 상기 공정 챔버에 구비되는 고온의 플레이트에 의한 대류열을 이용하여 상기 기판을 제1 공정 온도로 가열하는 단계, 상기 공정 챔버로 마이크로웨이브에 의해 형성된 산소 플라즈마를 공급하고, 상기 산소 플라즈마를 이용하여 상기 포토레지스트 막의 일부를 제거하는 제1 제거 단계, 상기 리프트 핀을 하강시켜 상기 기판을 상기 고온의 플레이트에 안착시키는 단계, 상기 플레이트로부터 전도되는 고열로 상기 제1 공정 온도보다 높은 제2 공정 온도로 상기 기판을 가열하는 단계 및 상기 산소 플라즈마를 이용하여 상기 일부가 제거된 포토레지스트 막을 완전히 제거하는 제2 제거 단계를 포함한다.The ashing method according to an aspect of the present invention for achieving the above object is a step of transferring the substrate into the process chamber in which the process of removing the photoresist film formed on the substrate is performed, the lift pin provided in the process chamber Placing the substrate transported into the process chamber at an end of the lift pin, by using radiant heat of a lamp provided in the process chamber and convective heat by a high temperature plate provided in the process chamber. Heating to a first process temperature, supplying an oxygen plasma formed by a microwave to the process chamber, and removing a portion of the photoresist film using the oxygen plasma, lowering the lift pin to Seating a substrate on the hot plate, from the plate A high temperature is also a step, and the second removing step of completely removed by using the oxygen plasma, the part of the photoresist film is removed by heating the substrate at a second process temperature higher than the first process temperature.

하나의 예로서, 상기 제1 공정 온도를 50℃ 내지 150℃로 설정하고, 상기 램프의 복사열과 상기 고온의 플레이트에 의한 대류열에 의해 상기 제1 공정 온도로 가열된 기판 상의 경화된 포토레지스트 막을 제거한다. 이어서, 상기 제2 공정 온도를 250℃ 내지 280℃로 설정하고, 상기 기판을 상기 고온의 플레이트와의 접촉에 의해 가열된 기판 상의 벌크 포토레지스트 막을 제거한다.As one example, the first process temperature is set at 50 ° C. to 150 ° C. and the cured photoresist film on the substrate heated to the first process temperature by radiant heat of the lamp and convective heat by the hot plate is removed. do. The second process temperature is then set to 250 ° C. to 280 ° C. and the substrate is removed from the bulk photoresist film on the heated substrate by contact with the hot plate.

따라서, 상기 애싱 공정에 소요되는 시간을 단축하고, 안정적인 애싱 공정을 수행할 수 있다.Therefore, the time required for the ashing process can be shortened and a stable ashing process can be performed.

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이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1을 참조하면, 반도체 기판(100) 상에 형성된 포토레지스트 막을 제거하는 애싱 공정이 수행되는 공정 챔버(102)가 도시되어 있다. 공정 챔버(102)의 내부에는 반도체 기판(100)이 놓여지는 플레이트(104)가 구비되고, 상기 플레이트(104)의 내부에는 반도체 기판(100)을 가열하기 위한 히터(106)가 내장된다.Referring to FIG. 1, a process chamber 102 is shown in which an ashing process is performed to remove a photoresist film formed on a semiconductor substrate 100. A plate 104 in which the semiconductor substrate 100 is placed is provided in the process chamber 102, and a heater 106 for heating the semiconductor substrate 100 is embedded in the plate 104.

공정 챔버(102)의 일측에는 반도체 기판(100)이 출입하는 도어(108)가 구비되고, 다른 일측에는 공정 챔버(102)의 내부를 진공 상태로 형성하고, 상기 애싱 공정이 수행되는 도중에 발생하는 반응 부산물을 배출하기 위한 펌프(110)가 연결된다. 이때, 공정 챔버(102)와 펌프(110)를 연결하는 라인에는 각종 밸브(도시되지 않음)가 설치되어 연결라인을 개폐하고, 개폐 정도를 조절함으로서 진공 정도를 조절한다.One side of the process chamber 102 is provided with a door 108 through which the semiconductor substrate 100 enters and exits, and on the other side, the inside of the process chamber 102 is formed in a vacuum state, which occurs during the ashing process. A pump 110 for discharging reaction byproducts is connected. In this case, various valves (not shown) are installed in the line connecting the process chamber 102 and the pump 110 to open and close the connection line and adjust the degree of vacuum by adjusting the opening and closing degree.

공정 챔버(102) 내부로 이송되는 반도체 기판(100)의 가장자리를 지지하고, 상하로 운동하는 다수개의 리프트 핀(112)이 플레이트의 상부면을 관통하여 설치된다. 다수개의 리프트 핀(112)은 플레이트(104)의 하부에 구비되는 구동부(도시되지 않음)에 연결되어 동시에 상하로 운동하게 된다. 상기 애싱 공정의 수행에 따른 리프트 핀(112)의 운동을 설명하면 다음과 같다.A plurality of lift pins 112 that support the edge of the semiconductor substrate 100 transferred into the process chamber 102 and move up and down are installed through the upper surface of the plate. The plurality of lift pins 112 are connected to a driving unit (not shown) provided at the bottom of the plate 104 to simultaneously move up and down. Referring to the movement of the lift pin 112 according to the ashing process is as follows.

먼저, 공정 챔버(102)의 외부에 구비되는 이송 로봇(도시되지 않음)에 의해 반도체 기판(100)이 도어(108)를 통해 반도체 기판(100)이 공정 챔버(102) 내부로 이송되어 플레이트(104)의 상부에 위치된다. 이어서, 리프트 핀(112)이 상승하여 반도체 기판(100)의 가장자리를 지지하여 상기 이송 로봇으로부터 들어올린다. 그리고, 상기 이송 로봇이 공정 챔버(102) 외부로 이동하면 펌프(110)가 작동되어 공정 챔버(102) 내부를 진공 상태로 형성한다.First, the semiconductor substrate 100 is transferred to the inside of the process chamber 102 through the door 108 by a transfer robot (not shown) provided outside the process chamber 102. Located at the top of 104). The lift pin 112 is then raised to support the edge of the semiconductor substrate 100 and lift it from the transfer robot. In addition, when the transfer robot moves outside the process chamber 102, the pump 110 is operated to form the inside of the process chamber 102 in a vacuum state.

이어서, 애싱 공정이 수행되면 각 단계별로 반도체 기판(100)의 위치를 이동시킨다. 애싱 공정이 종료되면 리프트 핀(112)이 반도체 기판(100)을 들어올리고, 상기 이송 로봇이 공정 챔버(102) 내부로 이동하여 플레이트(104) 상부에 위치된다. 이어서, 리프트 핀(112)이 하강하여 반도체 기판(100)을 상기 이송 로봇에 안착시키면, 상기 이송 로봇은 반도체 기판(100)을 파지하고, 공정 챔버(102) 외부로 이동한다.Subsequently, when the ashing process is performed, the position of the semiconductor substrate 100 is moved in each step. When the ashing process ends, the lift pin 112 lifts the semiconductor substrate 100, and the transfer robot moves into the process chamber 102 and is positioned on the plate 104. Subsequently, when the lift pin 112 is lowered and the semiconductor substrate 100 is seated on the transfer robot, the transfer robot grips the semiconductor substrate 100 and moves outside the process chamber 102.

상기와 같이 리프트 핀(112)은 애싱 공정을 수행하기 위해 반도체 기판(100) 을 로딩, 언로딩하는 기능을 수행하고, 공정 순서에 따라 반도체 기판(100)의 위치를 조절한다.As described above, the lift pin 112 performs a function of loading and unloading the semiconductor substrate 100 to perform an ashing process, and adjusts the position of the semiconductor substrate 100 in accordance with a process sequence.

한편, 공정 챔버(102)의 상부벽은 중앙부로부터 외측으로 경사지도록 형성되고, 경사진 부위는 제1 석영 플레이트(114)로 형성된다. 상기 중앙부는 평평하게 형성되고, 중앙부의 상부에는 애싱 공정에 사용되는 플라즈마를 형성하는 플라즈마 발생 챔버(116)가 연결된다. 보다 상세하게 설명하면, 공정 챔버(102)는 상부의 평평한 중앙부를 중심으로 원추 형상으로 형성되고, 상기 중앙부에 플라즈마 발생 챔버(116)가 연결된다.On the other hand, the upper wall of the process chamber 102 is formed to be inclined outward from the center portion, the inclined portion is formed of the first quartz plate 114. The central portion is formed flat, and a plasma generating chamber 116 for forming a plasma used in the ashing process is connected to the upper portion of the central portion. In more detail, the process chamber 102 is formed in a conical shape centering on a flat central portion of the upper portion, and the plasma generating chamber 116 is connected to the central portion.

플라즈마 발생 챔버(116)의 일측에는 애싱 가스 공급부(118)가 연결된다. 공정 챔버(102)와 플라즈마 발생 챔버(116)를 연결하는 부위 즉, 상기 중앙부에는 수많은 홀들이 형성된 플라즈마 전송판(120)이 배치된다. 플라즈마 전송판(120)은 플라즈마 발생 챔버(116)에서 발생된 플라즈마에서 충전 활성종 및 전자 등의 높은 에너지를 갖는 충전 입자들을 포획하기 위하여 접지되고, 전기적으로 중성이고 낮은 에너지를 갖는 중성 활성종의 전송을 허용한다. 상기 플라즈마가 직접 가해짐으로 인해 반도체 기판(100)의 표면이 높은 에너지를 갖는 충전 입자들에 의하여 손상되는 것을 방지하기 위해 플라즈마 전송판(120)이 제공된다.An ashing gas supply unit 118 is connected to one side of the plasma generation chamber 116. A plasma transmission plate 120 having a plurality of holes is disposed at a portion connecting the process chamber 102 and the plasma generation chamber 116, that is, the central portion. The plasma transfer plate 120 is grounded to capture charged energetic particles such as charged active species and electrons in the plasma generated in the plasma generation chamber 116, and neutral neutral species of electrically neutral and low energy. Allow the transfer. The plasma transfer plate 120 is provided to prevent the surface of the semiconductor substrate 100 from being damaged by the charged particles having high energy due to the direct application of the plasma.

플라즈마 발생 챔버(116)의 상부는 제2 석영 플레이트(122)로 이루어지고, 애싱 가스를 플라즈마로 형성하기 위한 마이크로웨이브를 제공하는 마이크로웨이브 도파관(124)이 제2 석영 플레이트(122)를 통해 연결된다.The upper portion of the plasma generating chamber 116 is made of a second quartz plate 122, and a microwave waveguide 124, which provides a microwave for forming ashing gas into a plasma, is connected through the second quartz plate 122. do.

상기와 같은 애싱 장치에서 플라즈마 발생과 반도체 기판(100) 상에 형성된 포토레지스트 막의 제거를 간략하게 설명하면 다음과 같다.In the ashing apparatus as described above, the plasma generation and the removal of the photoresist film formed on the semiconductor substrate 100 will be briefly described as follows.

애싱 가스 공급부(118)를 통해 애싱 가스가 플라즈마 발생 챔버(116)로 공급되고, 동시에 2.45 ±0.1GHz의 마이크로웨이브가 마이크로웨이브 도파관(124)에 가해지면, 상기 마이크로웨이브가 제2 석영 플레이트(122)를 통하여 전송되고, 플라즈마 발생 챔버(116)의 내부에 공급된 애싱 가스가 플라즈마 상태로 형성된다. When the ashing gas is supplied to the plasma generation chamber 116 through the ashing gas supply 118, and at the same time, a microwave of 2.45 ± 0.1 GHz is applied to the microwave waveguide 124, the microwave is subjected to the second quartz plate 122. And ashing gas supplied into the plasma generating chamber 116 are formed in a plasma state.

상기와 같이 형성된 상기 플라즈마는 플라즈마 전송판(120)을 통하여 공정 챔버(102)로 흐른다. 상기 플라즈마에서 충전 입자들은 플라즈마 전송판(120)에 의하여 포획되고 충전되지 않은 중성 활성종만이 플라즈마 전송판(120)을 통하여 공정 챔버(102)로 유입되어 반도체 기판(100)의 표면으로 공급된다. 상기 중성 활성종이 반도체 기판(100) 상에 형성된 포토레지스트 막과 반응하여 상기 포토레지스트 막을 반도체 기판(100)으로부터 제거한다.The plasma formed as described above flows to the process chamber 102 through the plasma transmission plate 120. In the plasma, the charged particles are captured by the plasma transfer plate 120 and only neutral active species which are not charged are introduced into the process chamber 102 through the plasma transfer plate 120 and are supplied to the surface of the semiconductor substrate 100. The neutral active species reacts with the photoresist film formed on the semiconductor substrate 100 to remove the photoresist film from the semiconductor substrate 100.

이때, 상기 반응을 원활하게 하기 위해 적정 수준의 온도로 반도체 기판(100)을 가열한다. 즉, 플레이트(104)에 내장된 히터(106)에 의해 가열된 고온의 플레이트(104)가 반도체 기판(100)을 가열하는데, 종래의 문제점과 같이 반도체 기판(100)을 고온의 플레이트(104)에 안착시키게 되면, 반도체 기판(100)의 급격한 온도 상승에 따른 포토레지스트 막의 파핑 현상이 발생하게 된다.At this time, the semiconductor substrate 100 is heated to a temperature of an appropriate level in order to facilitate the reaction. That is, the high temperature plate 104 heated by the heater 106 embedded in the plate 104 heats the semiconductor substrate 100. The high temperature plate 104 of the semiconductor substrate 100 is heated as in the conventional art. When deposited on the substrate, a phenomenon in which the photoresist film is caused by a sudden rise in temperature of the semiconductor substrate 100 occurs.

따라서, 반도체 기판(100)이 리프트 핀(112)에 의해 지지되어 상승한 상태에서 1차 공정 온도로 가열하여 포토레지스트 막의 초기 경화된 표면을 제거한다. 이때, 1차 공정 온도는 50℃ 내지 150℃ 정도이며, 바람직하게는 100℃ 정도로 가열한다. Thus, the semiconductor substrate 100 is heated to the primary process temperature in a raised state supported by the lift pins 112 to remove the initial cured surface of the photoresist film. At this time, the primary process temperature is about 50 ° C to 150 ° C, preferably about 100 ° C.

그런데, 리프트 핀(112)에 의해 상승되어 있는 반도체 기판(100)을 제1 공정 온도로 가열할 때 고온의 플레이트(104)에 의한 대류열로만 가열할 경우 공정 시간이 너무 오래 소요된다. 이에 따라, 반도체 기판(100)의 가열을 보조하기 위해 제1 석영 플레이트(114)의 외측에 다수개의 램프(126)를 설치한다. 즉, 램프(126)는 공정 챔버(102)의 상부 중앙을 중심으로 방사상으로 설치되고, 바람직하게는 8개 정도가 설치된다.By the way, when heating the semiconductor substrate 100 raised by the lift pin 112 to the first process temperature only heating with convective heat by the high temperature plate 104, the process takes too long. Accordingly, in order to assist in heating the semiconductor substrate 100, a plurality of lamps 126 are installed outside the first quartz plate 114. That is, the lamps 126 are radially installed around the upper center of the process chamber 102, and preferably about eight lamps are installed.

상기 램프(126)로부터 반도체 기판(100)에 복사되는 광선은 반도체 기판(100)의 온도를 상승시키고, 포토레지스트 막을 여기상태로 만들어 상기 플라즈마의 중성 활성종과의 반응을 촉진시킨다. 램프(126)로는 수은 방전램프(mercury discharge lamp) 또는 텅스텐 램프(tungsten lamp) 등이 사용될 수 있다.Light rays radiated from the lamp 126 to the semiconductor substrate 100 raise the temperature of the semiconductor substrate 100 and bring the photoresist film into an excited state to promote the reaction with the neutral active species of the plasma. As the lamp 126, a mercury discharge lamp or a tungsten lamp may be used.

상기와 같이 램프(126)의 복사열과 고온의 플레이트(104)에 의한 대류열로 반도체 기판(100)을 가열하고, 램프(126)의 복사열에 의해 상기 포토레지스트 막을 여기상태로 만든 후에 플라즈마 상태의 애싱 가스를 공급하여 상기 포토레지스트 막의 경화된 표면을 제거한다.As described above, the semiconductor substrate 100 is heated by the radiant heat of the lamp 126 and the convective heat by the high temperature plate 104, and the photoresist film is excited by the radiant heat of the lamp 126, and then, Ashing gas is supplied to remove the cured surface of the photoresist film.

그리고, 리프트 핀(112)을 하강시켜 반도체 기판(100)을 고온의 플레이트(104)에 안착시키고, 상기 고온의 플레이트(104)로부터 직접 전도되는 고열과 램프(126)의 복사열에 의해 반도체 기판을 제2 공정 온도로 가열한다. 이때, 플레이트(104)의 온도는 250℃ 정도이고, 상기 제2 공정 온도는 250℃ 내지 280℃ 정도가 되고, 상기 제2 공정 온도에서 상기 반응에 의해 벌크 포토레지스트 막을 제거한다. Then, the lift pin 112 is lowered to seat the semiconductor substrate 100 on the hot plate 104, and the semiconductor substrate is removed by the high heat conducted directly from the hot plate 104 and the radiant heat of the lamp 126. Heat to second process temperature. In this case, the temperature of the plate 104 is about 250 ° C., and the second process temperature is about 250 ° C. to 280 ° C., and the bulk photoresist film is removed by the reaction at the second process temperature.

상기와 같은 애싱 장치를 사용하여 반도체 기판 상에 형성된 포토레지스트 막을 제거하는 공정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.The process of removing the photoresist film formed on the semiconductor substrate using the ashing apparatus as described above will be described in detail as follows.

도 2를 참조하면, 먼저 공정 챔버 외부에 구비되는 이송 로봇에 의해 반도체 기판이 도어를 통하여 공정 챔버 내부로 이송되어 플레이트의 중앙부에 위치된다.(S100)Referring to FIG. 2, first, a semiconductor substrate is transferred into a process chamber through a door by a transfer robot provided outside the process chamber and positioned at a central portion of the plate.

이어서, 플레이트에 구비되는 리프트 핀이 상승하여 반도체 기판을 이송 로봇에서 분리시키고, 상기 이송 로봇이 공정 챔버 외부로 이동한다. 이어서, 펌프의 동작에 의해 공정 챔버 내부는 진공 상태로 형성된다.(S110)Subsequently, the lift pins provided on the plate are raised to separate the semiconductor substrate from the transfer robot, and the transfer robot moves outside the process chamber. Then, the inside of the process chamber is formed in a vacuum state by the operation of the pump (S110).

그리고, 램프에 전원이 연결되고, 램프의 복사열과 히터에 의해 고온으로 가열된 플레이트에 의한 대류열을 이용하여 반도체 기판을 제1 공정 온도로 가열하고, 램프의 광선에 의해 포토레지스트 막은 여기상태로 들어올려진다.(S120)Then, the power is connected to the lamp, the semiconductor substrate is heated to the first process temperature by using the radiant heat of the lamp and the convective heat from the plate heated to a high temperature by the heater, and the photoresist film is excited by the light beam of the lamp. It is lifted. (S120)

반도체 기판이 제1 공정 온도에 도달하면, 플라즈마 발생 챔버로 산소 가스가 공급되고, 마이크로웨이브 도파관을 통해 마이크로웨이브가 제공된다. 마이크로웨이브에 의해 발생되는 산소 플라즈마 가스는 플라즈마 전송판을 통해 반도체 기판으로 흐른다. 이때, 산소 플라즈마 가스에 포함된 중성의 산소 래디칼만 반도체 기판으로 흐르고, 상기 산소 래디칼과 반도체 기판 상의 포토레시스트 막의 경화된 표면과 반응하여 상기 경화된 표면을 제거한다.(S130)When the semiconductor substrate reaches the first process temperature, oxygen gas is supplied to the plasma generation chamber and microwaves are provided through the microwave waveguide. Oxygen plasma gas generated by the microwave flows through the plasma transfer plate to the semiconductor substrate. At this time, only neutral oxygen radicals contained in the oxygen plasma gas flow to the semiconductor substrate, and react with the cured surfaces of the oxygen radicals and the photoresist film on the semiconductor substrate to remove the cured surfaces.

이어서, 리프트 핀이 하강하여 반도체 기판을 플레이트에 안착시킨다.(S140)Next, the lift pin is lowered to seat the semiconductor substrate on the plate (S140).

플레이트의 고열이 직접 반도체 기판에 가해지고, 램프의 광선은 포토레지스 트 막을 여기상태로 들어올림과 동시에 반도체 기판을 가열한다. 플레이트의 고열과 램프의 복사열에 의해 반도체 기판의 온도가 제2 공정 온도에 도달하면 반도체 기판 상에 두껍게 형성된 벌크 포토레지스트 막이 산소 래디칼과의 반응에 의해 완전히 제거된다.(S150)The high heat of the plate is applied directly to the semiconductor substrate, and the light beam of the lamp heats the semiconductor substrate while simultaneously lifting the photoresist film into an excited state. When the temperature of the semiconductor substrate reaches the second process temperature due to the high heat of the plate and the radiant heat of the lamp, the bulk photoresist film thickly formed on the semiconductor substrate is completely removed by reaction with oxygen radicals (S150).

포토레지스트 막이 완전히 제거되면 램프로 공급되던 전원을 차단하고, 펌프의 작동을 중단시키고, 산소 래디칼의 공급을 중단시킨다.(S160)When the photoresist film is completely removed, the power supply to the lamp is cut off, the pump is stopped, and the supply of oxygen radicals is stopped (S160).

그리고, 리프트 핀이 상승하여 반도체 기판을 플레이트로부터 분리시키고, 도어를 통해 이송 로봇이 반도체 기판을 공정 챔버 외부로 이송한다.(S170)Then, the lift pin is raised to separate the semiconductor substrate from the plate, and the transfer robot transfers the semiconductor substrate out of the process chamber through the door (S170).

상기와 같은 애싱 방법에 따른 기판의 온도와 공정 시간을 그래프로 나타내면 도 3과 같다.3 is a graph showing the temperature and the process time of the substrate according to the ashing method as described above.

도 3을 참조하면, 반도체 기판이 공정 챔버 내부로 이송되어 플레이트의 상부에 위치되면, 리프트 핀이 상승하여 반도체 기판을 지지하여 상승시킨다.(리프트 업 시점 : tu) 상기 리프트가 완전히 상승됨과 동시에 램프에 전원이 연결된다. 이때, 플레이트는 250℃의 온도를 유지한다. 상기 램프의 복사열과 상기 플레이트에 의한 대류열에 의해 리프트에 지지되어 상승된 반도체 기판이 가열된다.Referring to FIG. 3, when the semiconductor substrate is transferred into the process chamber and positioned at the upper portion of the plate, the lift pin is lifted to support and lift the semiconductor substrate. The power is connected to. At this time, the plate maintains a temperature of 250 ℃. The semiconductor substrate, which is supported by the lift by the radiant heat of the lamp and the convective heat by the plate, is heated.

상기 반도체 기판이 제1 공정 온도에 도달하면, 상기 반도체 기판 상으로 산소 플라즈마가 공급된다.(플라즈마 공급 시점 : tp)When the semiconductor substrate reaches the first process temperature, oxygen plasma is supplied onto the semiconductor substrate. (Plasma supply time point: tp)

상기 산소 플라즈마에 의해 경화된 포토레지스트 막의 표면이 제거되면, 리프트 핀이 하강하고, 상기 반도체 기판이 고열의 플레이트에 안착된다.(리프트 다운 시점 : td) When the surface of the photoresist film cured by the oxygen plasma is removed, the lift pin is lowered, and the semiconductor substrate is seated on a high temperature plate. (Lift down time point: td)

상기 플레이트의 고열이 반도체 기판으로 전도되어 제2 공정 온도에 도달하면, 반도체 기판 상의 벌크 포토레지스트 막이 산소 플라즈마에 의해 완전히 제거된다.(공정 종료시점 : te)When the high heat of the plate is conducted to the semiconductor substrate and reaches the second process temperature, the bulk photoresist film on the semiconductor substrate is completely removed by the oxygen plasma. (Process termination point: te)

이때, 상기 램프는 리프트 업 시점(tu)부터 공정 종료시점(te)까지 켜진 상태로 유지되고, 상기 산소 플라즈마는 반도체 기판이 상기 제1 공정 온도에 도달하는 시점(tp)부터 공정 종료시점(te)까지 계속적으로 공급되고, 고열의 플레이트는 공정이 진행되는 전체 시간 동안 계속적으로 동일한 온도를 유지한다.In this case, the lamp is maintained in a state of being turned on from the lift-up time tu to the process end time te, and the oxygen plasma is the process end time te from the time point tp at which the semiconductor substrate reaches the first process temperature. The plate is continuously supplied, and the hot plate is kept at the same temperature continuously for the entire time the process proceeds.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 제1 공정 온도와 제2 공정 온도에서 단계적으로 애싱 공정을 수행함에 따라 반도체 기판 상에 형성된 포토레지스트 막의 파핑 현상을 방지할 수 있다.According to the present invention as described above, by performing the ashing process step by step at the first process temperature and the second process temperature it is possible to prevent the phenomenon of the photoresist film formed on the semiconductor substrate.

그리고, 반도체 기판을 가열하는 수단으로서 고열의 플레이트에 의한 대류 및 전도에 의한 열전달과 램프의 복사에 의한 열전달을 동시에 사용함으로서 애싱 공정에 소요되는 시간을 단축할 수 있다.As the means for heating the semiconductor substrate, the time required for the ashing process can be shortened by simultaneously using heat transfer by convection and conduction by high heat plates and heat transfer by radiation of the lamp.

또한, 램프의 광선에 의해 포토레지스트 막을 여기상태로 들어올림으로서 애싱률을 향상시킬 수 있다.In addition, the ashing rate can be improved by lifting the photoresist film into the excited state by the light beam of the lamp.

따라서, 파핑 현상 방지와 애싱률 향상에 따른 공정 불량을 감소시킬 수 있고, 공정 시간을 단축함으로서 생산성 향상을 도모할 수 있다. 또한, 파핑 현상을 방지함으로서 장치의 정비 주기를 연장시킬 수 있다.Therefore, process defects due to prevention of popping phenomenon and improvement of ashing rate can be reduced, and productivity can be improved by shortening the process time. In addition, the maintenance period of the apparatus can be extended by preventing the popping phenomenon.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.

Claims

Transferring the substrate into a process chamber in which a process of removing a photoresist film formed on the substrate is performed;

Raising a lift pin provided in the process chamber to place a substrate transferred into the process chamber at an end of the lift pin;

Heating the substrate to a first process temperature by using radiant heat of a lamp provided in the process chamber and convective heat by a high temperature plate provided in the process chamber;

Supplying an oxygen plasma formed by microwaves to the process chamber and removing a portion of the photoresist film using the oxygen plasma;

Lowering the lift pin to seat the substrate on the hot plate;

Heating the substrate to a second process temperature higher than the first process temperature with high heat conducted from the plate; And

And a second removing step of completely removing the partially removed photoresist film by using the oxygen plasma.

The ashing method according to claim 1, wherein the first process temperature is 50 ° C to 150 ° C.

The ashing method according to claim 1, wherein the second process temperature is 250 ° C to 280 ° C.

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