KR100794514B1

KR100794514B1 - 기판 에싱 방법

Info

Publication number: KR100794514B1
Application number: KR1020060072159A
Authority: KR
Inventors: 이창원
Original assignee: 피에스케이 주식회사
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2008-01-16

Abstract

본 발명은 식각 공정에서 발생된 폴리머 또는 이온 주입 공정에 의한 변형된 포토레지스트를 제거하는 에싱 방법에 관한 것이다. 본 발명의 에싱 공정은 공정 챔버 내부를 감압하고, 기판을 고온으로 가열한 상태에서, 기판으로 수소(H)를 포함하는 수증기 가스를 공급하여 기판 표면이 폴리머 또는 경화된 포토레지스크를 소프트하게 만드는 전처리 단계; 및 상기 공정 챔버로 프로세스 가스와 플라즈마 소스를 공급하여 상기 전처리 단계에서 소프트된 폴리머 또는 포토레지스트를 제거하는 메인 에싱 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면, 식각 부산물인 폴리머와 변형된 포토레지스트를 효과적으로 제거할 수 있다.

Description

기판 에싱 방법{METHOD FOR ASHING SUBSTRATES}

도 1은 본 발명에 따른 에싱공정을 위한 에싱 장치의 개략적인 구성도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에싱 공정에 대한 플로우챠트이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

110 : 공정 챔버

120 : 히팅 플레이트

130 : 리프트 어셈블리

본 발명은 반도체 소자 제조 공정에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 식각 공정 중에 발생된 폴리머 또는 이온 주입 공정에 의한 변형된 포토레지스트를 제거하는 에싱 방법에 관한 것이다.

반도체 제조 공정에는 패터닝을 형성하기 위하여 포토레지스트를 마스크로 하여 원하는 부분을 제거하는 식각 공정과, 또한 포토레지스트를 마스크로 하여 필요한 부분에 불순물을 주입하는 이온주입 공정이 많이 수행된다.

이러한 공정이 완료된 후에는 마스크로 사용되었던 포토레지스트를 제거하여야 다음 공정을 진행 할 수 있게 된다. 이러한 포토레지스트를 제거하는 공정을 에싱 공정이라고 하며, 현재 프라즈마를 이용한 건식 공정이 사용되어지고 있으며, 대두분의 경우 02 가스를 주로 사용하여 포토레지스트를 제거하고 있다.

그러나, 반도체 소자가 집적화되면서 식각 공정에서 보다 많은 부산물인 폴리머들이 생성되어 포토레지스트 표면과 패턴 측벽에 증착되며, 높은 전압을 사용함으로써 , 포토레지스트 표면의 경화가 심해지는 경향이 발생된다. 또한, 이온주입 공정에서도 불순물 주입시 보다 높은 도즈(does)량과 에너지를 사용함으로서 포토레지스트 표면의 변형이 심화되고 있다.

그럼으로 기존의 산소(02) 플라즈마로서는 이러한 변형된 포토레지스트나 폴리머들이 쉽게 제거가 되지 않아 소자의 불량을 발생시키는 경우가 많이 있다. 이러한 부분을 개선하기 위하여 사불화탄소(CF4)를 첨가하기도 하는데, 사불화탄소(CF4)를 사용할 경우는 포토레지스트나 폴리머의 제거에 어느 정도 도움을 주기는 하지만 파티클이나 sub 또는 패턴 프로파일 데미지(pattern profile damage)와 같은 문제가 발생하는 경우가 많이 있어 사용에 제약이 따르고 있다.

본 발명의 목적은 식각 부산물인 폴리머와 변형된 포토레지스트를 효과적으로 제거할 수 있는 에싱 방법을 제공하는데 있다. 본 발명의 목적은 팝핑과 잔류물을 발생시키지 않는 에싱 방법을 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 기판 에싱 방법은 폴리머 또는 경화된 포토레지스트를 소프트하게 만들기 위해 기판을 수소(H)를 포함하는 가스 분위기에 노출시켜 전처리하는 단계; 및 상기 전처리 단계에서 소프트된 폴리머 또는 포토레지스트를 산소 플라즈마로 제거하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 전처리 단계에서 폴리머 또는 경화된 포토레지스트가 수소와 반응이 원활하게 이루어지도록 기판은 250도 이상의 고온으로 유지된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 전처리 단계에서 폴리머 또는 경화된 포토레지스트가 수소와 반응이 원활하게 이루어지도록 공정 챔버는 5-15토르 압력으로 유지된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 전처리 단계는 플라즈마를 발생시키기 위한 전원이 차단된 상태에서 진행된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 전처리 단계에서 사용되는 가스는 수소가 포함된 수증기, NH3, H2He 중에서 적어도 하나가 사용된다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명의 에싱 공정은 공정 챔버 내부를 감압하고, 기판을 고온으로 가열한 상태에서, 기판으로 수소(H)를 포함하는 수증기 가스를 공급하여 기판 표면이 폴리머 또는 경화된 포토레지스트를 소프트하게 만드는 전처리 단계; 및 상기 공정 챔버로 프로세스 가스와 플라즈마 소스를 공급하여 상기 전처리 단계에서 소프트된 폴리머 또는 포토레지스트를 제거하는 메인 에싱 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 전처리 단계에서 폴리머 또는 경화된 포토레지스트가 수소와 반응이 원활하게 이루어지도록 기판은 250도 이상의 고온으로 유지되며, 상기 공정 챔버는 5-15토르 압력으로 유지된다.

이하, 본 발명에 따른 에싱 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 에싱 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 에싱 장치(100)는 플라즈마 소스에서 생성되는 라디칼을 이용하여 반도체 소자 제조용 기판(이하 기판이라고 함)의 표면을 에싱하기 위한 반도체 제조 장치이다.

에싱 장치(100)는, 소정의 밀폐된 분위기를 제공하는 공정 챔버(process chamber, 110)가 있고, 이 공정 챔버(110) 내부에는 게이트도어(111)의 개방에 따라 로봇에 의해 투입 위치되는 기판(w)이 놓여지는 히팅 플레이트(120)가 구비된 다.

히팅 플레이트(120)는 기판을 일정온도로 가열하기 위한 히터 및 상술한 로봇으로 하여금 기판의 이송이 용이하도록 기판을 지지하는 형태로 승하강 구동하는 리프트 어셈블리(130) 등이 구비된 통상의 구성을 갖는다. 히팅 플레이트(110)는 기판(w)상의 포토레지스터가 제거될 수 있는 적정온도(200-400℃)로 유지된다. 리프트 어셈블리(130)는 게이트도어(111)의 개방에 따라 로봇(미도시됨)에 의해 투입 위치되는 기판(w)의 저면을 받쳐 지지하는 리프트 핀들과, 리프트 핀들을 상승(업 위치)/하강(다운 위치)시키기 위한 구동부(미도시됨)를 포함한다. 기판(w)은 리프트 핀(132)들에 의해 히팅 플레이트(120) 상면으로부터 이격된 업 위치(도 1에 도시된 위치)와, 히팅 플레이트(120) 상면에 놓이는 다운 위치로 이동하게 된다.

공정 챔버(110)의 바닥에는 진공펌프에 연결되는 진공흡입포트(vacuum suction port, 116)가 형성된다. 진공 배기부(150)는 공정 챔버(110)의 내부를 진공 상태로 형성하고, 에싱 공정이 수행되는 동안 발생하는 반응 부산물 등을 배출시키기 위한 것으로, 펌프(152)와, 진공포트(116)에 연결되는 진공라인(154)을 포함한다. 공정 챔버(110)와 펌프(152)를 연결하는 진공라인(154)에는 각종 밸브(도시되지 않음)가 설치되어 진공라인(154)을 개폐하고 개폐 정도를 조절함으로써 진공 정도를 조절한다.

공정 챔버(110)의 상부에는 플라즈마 소스부(160)와 전처리 가스 공급부(180)가 위치되며, 플라즈마 소스부(160)에서 생성된 라디칼 또는 전처리 가스 공급부(180)를 통해 제공받은 전처리 가스는 기판(w)에 대향하여 설치되는 가스 분 배 플레이트(Gas Distribution Plate, GDP;118)를 공정 챔버(110)로 제공된다. 가스 분배 플레이트(118)는 균일한 가스 공급을 위해 동심원주에 일정 간격으로 형성되는 다수의 분사공(119)들을 갖는다.

도 1 및 도 2를 참조하면서 상술한 에싱 장치에서의 에싱 공정을 상세히 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 에싱 공정은 식각 공정 또는 이온주입공정에서 사용된 포토레지스트를 제거하는 공정으로, 폴리머 및 포토레지스트를 효과적으로 제거하기 위하여 메인 에싱 단계(s160) 이전에 전처리 단계(s150)를 갖는데 그 특징이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 에싱 공정은 제거되어야 할 포토레지스트(및 폴리머)가 형성되어 있는 기판(w)이 공정 챔버(110)의 내부(자세히 말하면 히팅 플레이트의 상부)로 로딩하는 단계(s110)를 포함한다. 상기 단계(s110)에서 기판의 이송은 공정 챔버(110) 밖에 설치된 로봇(또는 핸들러)에 의해 이루어진다. 참고로, 공정이 시작됨과 동시에 히팅 플레이트(120)는 200℃-400℃로 승온된 상태로 공정이 완료될 때까지 그 온도를 유지하거나 또는 각 단계(전처리 단계, 메인 에싱 단계)에 따라 온도가 조절될 수 있다. 기판(w)이 공정 챔버(110) 내부로 이송되면, 기판이 리프트 핀(132)들에 의해 지지된다. 리프트 핀(132)들은 핀 구동장치가 작동하여 히팅 플레이트(120)로부터 상승하면서 기판(w)을 지지하게 된다. 기판이 리프트 핀(132)들에 의해 지지되면 로봇은 공정 챔버(110) 밖으로 원위치 된다.

공정 챔버(110)가 밀폐된 상태에서 진공펌프(152)를 가동시켜 공정 챔버(110)를 8-12토르(torr)(바람직하게는 10토르 정도)의 진공상태로 만든다(s130). 공정 챔버(110)가 상압에서 진공상태로 전환되는 동안 기판(w)은 히팅 플레이트(120)로부터 이격된 상태에서 대기하게 된다.

공정 챔버(110)를 고진공 상태로 감압하고 기판이 승온되면, 전처리 과정(s150)이 진행된다. 전처리 과정은 기판으로 수소(H)가 포함된 전처리 가스인 수증기 가스를 공급하여 딱딱해진 포토레지스트(또는 폴리머)의 탄소(C)가 전처리 가스의 수소(H)와 결합하게 함으로써 포토레지스트(또는 폴리머)의 결합 구조를 소프트하게 만들어 소프트하게 된 포토레지스트(또는 폴리머)가 다음 단계(메인 에싱 단계)에서 효과적(신속하게)으로 제거되도록 하기 위함이다.

전처리 과정을 자세히 설명하면, 리프트 핀(132)들에 지지된 기판(w)이 고온의 히팅 플레이트(120)에 안착(접촉)되도록 리프트 핀(132)들이 하강된다(s150). 기판(w)은 전처리 공정온도인 250℃ 이상까지 상승된다(s160). 이렇게 기판이 고온 상태가 되면, 수증기 가스가 가스 분배 플레이트(118)를 통해 기판 상부로 제공된다. 이때, 플라즈마 전원은 차단하여 플라즈마를 발생시키지 않아도 되며, 공정 챔버(110)의 압력은 10토르 정도의 고압을 유지시켜 포토레지스트(또는 폴리머)가 수증기 가스와 활발한 반응이 이루어지도록 공정 조건(고온,고압)을 유지시킨다. 여기서 전처리 가스는 수증기 이외에도 수소(H)가 포함된 암모니아(NH3), 헬륨수소(H2He) 등의 가스가 사용될 수 있다. 전처리 단계는 포토레지스트(또는 폴리머)가 전처리 가스와 원활한 반응이 이루어지도록 공정 시간을 충분하게 제공하는 것이 바람직하며, 각 공정별로 다를 수 있지만 20초 이상을 적용하는 것이 좋다.

기판의 전처리 과정이 완료되면, 본격적인 메인 에싱 과정(s160)이 진행된다.

메인 에싱 단계(s160)는 전처리 단계(s150)에서 소프트하게 만들어진 포토레지스트(또는 폴리머)를 산소 플라즈마를 이용하여 제거하는 공정이다. 우선, 프로세스 가스(O2)가 플라즈마 소스부(160)로 공급되고, 플라즈마 소스부(160)에서 생성된 라디칼 등은 가스 분배 플레이트(118)를 통해 기판(w) 상부로 제공되어 기판의 포토레지스트(또는 식각 과정에서 발생된 폴리머 등)를 제거하게 된다(s170). 이처럼, 본 발명은 포토레지스트(또는 폴리머)의 표면이 소프트하게 변경된 상태에서 라디칼 등의 플라즈마 가스에 의해 에싱처리되기 때문에 효과적으로 제거된다. 메인 에싱 단계에서 프로세스 가스에는 산소(O2) 이외에 첨가 가스로써 질소(N2), 수증기(H2O) 등이 함께 공급되어 질 수 있다. 또한 산소 가스에 사불화탄소(CF4) 가스가 첨가된 플라즈마를 사용하여 포토레지스트 표면과 폴리머를 제거하는 단계와, 산소 플라즈마를 사용한 벌크 포토레지스트 제거 단계로 나누어 진행될 수 도 있다.

기판의 포토레지스트(또는 폴리머) 제거가 완료되면 파워와 가스 공급을 중단하고, 공정 챔버(110)를 진공으로 펌핑시켜 챔버 내부를 정화시킨 다음, 다시 질소가스를 공급하여 공정 챔버(110) 내부를 대기압으로 형성시킨 후, 리프트 핀(132)을 상승시키고 기판을 언로딩함으로써(s170) 에싱공정이 완료된다.

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 폴리머 및 포토레지스트를 효과적으로 제거할 수 있다. 본 발명은 전처리 과정을 거친 후 포토레지스트를 제거하기 때문에 포토레지스트의 팝핑 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

Claims

식각 공정 또는 이온 주입 공정에서 사용된 포토레지스트를 제거하는 기판 에싱 방법에 있어서,

폴리머 또는 경화된 포토레지스트의 표면을 소프트하게 만들고, 이후에 소프트된 폴리머 또는 포토레지스트를 산소 플라즈마로 제거하되,

폴리머 또는 경화된 포토레지스트의 표면을 소프트하게 만드는 것은 플라즈마를 발생시키는 전원을 차단한 상태에서 기판으로 수소가 포함된 가스를 공급함으로서 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 에싱 방법.
제1항에 있어서,

상기 전처리 단계에서 폴리머 또는 경화된 포토레지스트가 수소와 반응이 원활하게 이루어지도록 기판은 250도 이상의 고온으로 유지되는 것을 특징으로 하는 기판 에싱 방법.
제1항에 있어서,

상기 전처리 단계에서 폴리머 또는 경화된 포토레지스트가 수소와 반응이 원활하게 이루어지도록 공정 챔버는 5-15토르 압력으로 유지되는 것을 특징으로 하는 기판 에싱 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나에 있어서,

상기 수소가 포함된 가스는 암모니아 또는 헬륨 수소인 것을 특징으로 하는 기판 에싱 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나에 있어서,

상기 수소가 포함된 가스는 수증기인 것을 특징으로 하는 기판 에싱 방법.
식각 공정 또는 이온 주입 공정에서 사용된 포토레지스트를 제거하는 기판 에싱 방법에 있어서,

폴리머 또는 경화된 포토레지스트의 표면을 소프트하게 만들고, 이후에 소프트된 폴리머 또는 포토레지스트를 산소 플라즈마로 제거하되,

상기 폴리머 또는 경화된 포토레지스트의 표면을 소프트하게 만드는 것은 기판으로 암모니아, 또는 헬륨 수소를 포함하는 가스를 공급함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 에싱 방법.
제 6 항에 있어서,

기판으로 암모니아, 또는 헬륨 수소의 공급은 플라즈마를 발생시키는 전원을 차단한 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 에싱 방법.