KR101063715B1 - 결합형 스텝퍼 및 피착 도구 - Google Patents

Abstract

집적 회로를 형성하는 동안 재료 층을 피착시키는 하드웨어와 스텝퍼가 결합되어, 웨이퍼를 도구들 사이의 이송에 노출시키지 않고 피착 수행, 패터닝 및 클리닝이 가능하며, 3개의 도구의 기능을 결합형 도구에 결합시킨다. 패턴-정의 재료는 스텝퍼의 마스크를 통한 UV 라이트의 적용에 의해 제거되므로, 종래의 방법의 베이크 및 현상 단계가 불필요해진다. 유사하게, UV의 플러드 노출에 의해 종래의 방법의 클리닝 단계가 불필요해진다.

스텝퍼, 피착 도구, 재료 피착, SAM

Description

결합형 스텝퍼 및 피착 도구{COMBINED STEPPER AND DEPOSITION TOOL}

본 발명은 일반적으로 (마이크로머시닝 및) 집적 회로 제조에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 구조의 형성 과정에서의 패턴화된 재료 층의 피착에 관한 것이다.

집적 회로를 형성하는 표준적인 방법은 기본적으로 감광성 재료에 패턴을 리소그래픽적으로 정의하는 단계 및 그 패턴에 따라 집적 회로의 층을 제거 또는 피착하는 단계로 구성된다.

제1 장치에서의 포토레지스트(photoresist)의 적용 단계, 베이킹 단계 및 현상 단계, 그리고 제2 장치에서의 레지스트의 광자 노출 단계를 결합시키는 복합 도구에서 리소그래피가 수행된다. 결합형 도구(combined tool)라고 불리는, 이러한 2개의 장치는 공통 인클로저 내에 결합되어, 이 장치들 사이의 이송이 웨이퍼를 팹(fab)의 클린 룸(clean room)의 주위 분위기(ambient atmosphere)에 노출시키지 않도록 한다.

이러한 공정은 비패턴화된 층 재료를 피착시키기 위해 화학 증착의 일 유형을 일반적으로 이용하는 피착 도구 및 포토레지스트의 잔유물을 제거하는 애싱 도구를 필요로 하므로, 전부 3개의 도구가 필요하다.

클린 룸의 주위 분위기는 고도로 제어되지만, 그것은 결합 리소그래피 도구 내의 분위기보다는 불순물로 오염된 것이다.

표 1에는 재료 피착 및 패턴 공정에 대한 단순화된 단계 목록이 설명되어 있다.

블랭킷 재료 피착

레지스트 코팅

레지스트 소프트베이킹

스텝퍼로 웨이퍼 이송

패턴 노출

스텝퍼로부터 웨이퍼 이송 레지스트 하드베이킹

레지스트 현상

피착된 재료의 애칭 제거

애싱 도구로 웨이퍼 이송

레지스트 애싱

사후 제거 클린

고급 기술을 사용하는 많은 집적 회로에서는, 이러한 시퀀스가 20번까지 반복될 수 있다. 내장형 DRAM 모듈을 사용하는 집적 회로는 훨씬 더 많은 단계를 필요로 한다.

집적 회로의 제조는 고도로 경쟁적인 분야이고, 제조사들은 비용 절감을 끊임없이 추구한다.

현재의 공정보다 적은 단계 및/또는 적은 도구를 필요로 하는 패턴화된 층을 형성하기 위한 공정은 본 기술분야에 도움이 될 것이다.

본 발명은 이하에서 참조되어야 할 첨부된 청구항에 정의된다.

본 발명의 일 실시예는 공작물(workpiece) 상에 구조 재료의 패턴화된 층을 형성하는 통합형 장치를 제공하여, 재료를 피착 및 제거하기 위한 피착 모듈 및 감광성 패턴 재료에 패턴을 정의하기 위한 노출 모듈을 공통 인클로저 내에 통합시킨다.

이러한 실시예의 하나의 이점은 패턴 재료 층을 패터닝(patterning)할 때의 재료 제거 단계가 재료의 노출과 동일한 챔버에서 수행된다는 점이다.

이러한 실시예의 또 다른 이점은 패터닝 공정이 입자(광자 또는 전자)에 대한 노출에 의해 이루어져, 패턴-정의 재료를 증기로서 제거한다는 점이다.

도 1은 일부는 도식적으로, 일부는 그림으로 나타낸, 본 발명을 실시하기 위한 장치의 단순화된 도면.

도 2 내지 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 구조 층을 형성하는 경우의 단계들을 도시하는 단면도.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치를 도시하는 블록도.

도 1은 본 발명을 실시하기 위한 장치(100)의 단순화된 도면을 도시하는데, 번호 110으로 표시된 본 도의 우측은 스텝퍼의 기능을 수행하는 노출 모듈로서, 예컨대, 일군의 집적 회로(IC)를 포함할 반도체 웨이퍼인 공작물(10) 상에 적용되는(imposed) 패턴을 기록한 마스크(30)를 통해 지나가는 자외선 광자(UV) 빔을 소스(20)에서 생성한다. 공작물(10)은 기저부(50)에 의해 지탱되는데, 기저부(50)는 화살표(105)가 나타내는 바와 같이 종래의 방식으로 이동하여, 특정 IC를 패턴화된 빔 아래에 배치한다.

본 도의 좌측에는, 피착 모듈(120)이 일군의 입력 가스선을 갖는다. 선(42)은 웨이퍼의 표면 상에 흡수되어 비패턴화된 막을 형성하는 자기-조립(self-assembled) 실록산-기반 유기 재료(SAM)를 운반한다. 또는, 선(44)은 전자 또는 광자에 노출되면 증발하는 속성을 갖는 유사한 피착 억제 재료를 운반할 수 있다. 선(44)은 아르곤 또는 질소와 같은 퍼지 가스(pudge gas)를 운반한다. 선(46)은 UV에 의해 SAM에 형성되는 개구(aperture)에 피착될 구조 재료의 전구체(precursor)를 운반한다. 선(48)은 피착 공정에서 사용되는 산화제를 운반한다.

파선(102)은 증착 및 입자 노출의 기능을 수행하는 챔버들 사이의 선택적인 분리를 도식적으로 표시한다.

동작 중에, 도 2에 도시된 바와 같이, 웨이퍼가 증착 모듈에 도입되어 일반적으로 패턴 재료라고 불리는 SAM의 막(15)을 수용하는데, 막은 웨이퍼 표면 전체에 걸쳐 고르게 흡수된다. 마스크(30)에 의해 패턴화된, 소스(20)로부터의 UV 방사(32)에 대한 노출을 통해 막(15)이 패턴화된다. 이러한 노출을 통해 UV에 노출된 SAM이 제거된다. 노출된 재료는 휘발성이 되어 선(41)을 통해 빠져나가므로, IC의 일부가 될 구조 재료로 필링될 일군의 개구(12)를 포함하는 패턴화된 층을 적어도 일시적으로 남기게 되며, 예컨대, 그 구조 재료는 집적 회로의 백 엔드의 도선일 수 있다.

예시적으로, 필링 메커니즘은 원자층 피착법(ALD)이며, 이를 위한 장치가 피 착 모듈(120)의 블록(130)으로 도식적으로 나타나 있다. 피착 방법 및 피착 재료를 선택하는 기준은 그것이 SAM에는 부착되지 않으면서 노출된 개구(12)를 선택적으로 채울 수 있는지 여부이다. SAM(15)은 소수성인 속성을 가지므로, ALD 공정에 의해 피착되는 재료는 소수성 재료에 부착되지 않는 속성을 가질 것이 요구된다. 이것은 ALD에 대한 일반적인 규칙이므로, 피착되는 재료는 거의 제한되지 않는다. 결과적으로, ALD 피착은 선택적이고, SAM의 비패턴화된 부분으로부터 불필요한 재료를 제거하는 문제가 발생하지 않는다. 또는, 특정 응용에서 바람직한 경우, 화학 증착법(CVD)가 사용될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 개구(12)가 제1 재료(210)로 채워진 경우, 남아 있는 SAM 재료는 UV의 플러드 노출(flood exposure)에 의해 제거될 수 있다. 또는, 도 4에 도시된 예에서는, 제2 SAM 층(17)이 제1 피착 재료(210)를 덮도록 제2 마스크에 의해 피착 및 패턴화된다. 도 4의 단계는 하나 이상의 재료가 동일한 수준 상에 필요한 경우에 이용될 수 있다. 그러나, 이 단계는 임의의 후속 단계 전에 수행될 수 있고, 임의의 횟수로 또는 반복하여 수행될 수 있다.

도 5는 제1 SAM 층(15)에서 개구(14)를 열기 위하여 마스크(31)에 의해 패턴화된 UV를 이용한 SAM 층(15)을 제2 패터닝한 결과를 도시한다.

제2 구조 재료 층(212)은 도 6에 도시된 바와 같이 ALD에 의해, 예컨대, 층(210)과 상이한 두께로 피착된다. 본 도의 우측 상의 재료(210)의 스터브(stub)는 재료 층(212)에 의해 덮히지만, SAM(17)에 의해 보호되는, 본 도의 좌측 상의 층(210)에서 형성된 구조는 변경되지 않는다.

도 7은 UV의 클린 업 플러드 노출(clean up flood exposure; 32) 후의 최종 구조를 도시하는데, 좌측에는 재료(210 및 212)의 분리된 블록들이 도시되고, 우측에는 두 재료의 복합 구조가 도시된다. 선택적으로, 유전체 층이 CVD에 의해 피착되어 화학 기계적 연마(CMP)에 의해 평탄화될 수 있다. 유전체는 종래의 전구체를 이용하여 본 발명의 복합 도구로 증착되거나, 특수화된 CVD 도구로 증착될 수 있고, 평탄화는 종래의 CMP 도구로 수행될 수 있다. 하나 이상의 층이 형성되는 경우, 그리고 다음 층이 평면을 필요로 하는 경우에 이러한 옵션이 사용될 수 있다.

도 8은 도 2 내지 7에 도시된 공정의 흐름도를 도시한다. 단계(305)에서, 도 1 및 9에 도시된 바와 같은 분리된 피착 챔버, 또는 증착 및 노출 기능을 모두 수행하기 위한 장치를 포함하는 복합형 챔버 중의 하나의 도구에 웨이퍼가 삽입된다.

단계(310)에서, 제1 SAM 층이 피착된다.

단계(320)에서, SAM이 마스크를 통해 UV에 노출된다.

단계(330)에서, 제1 ALD 재료 층이 피착된다.

선택적으로, 선(350)으로 도시된 바와 같이, 이 시점에서 단계(310)로 돌아가 제1 층을 제거하지 않고 제2 SAM 층이 피착될 수 있다.

이와 달리, 단계(340)에서, 제1 층이 UV의 플러드 노출에 의해 제거될 수 있고, 선(350')으로 표시된 경로가 선택될 수 있다.

본 발명에 따른 패턴화된 층의 피착 공정이 표 2에 요약된다.

(실록산-기반) 증착 억제 블랭킷 코팅의 증착

UV 라이트에 의한 패턴 정의 및 억제물 제거

개방 영역에서의 선택적인 피착

억제물 제거를 위한 플러드 UV 노출

당업자라면 표 1의 종래의 공정이 9개의 단계 및 3개의 도구(스텝퍼, 증착 및 애싱)를 필요로 하는 반면, 본 발명에 따른 공정은 하나의 도구에서의 4개의 단계만을 필요로 함을 인식할 것이다.

피착 모듈 및 노출 모듈 사이의 물리적인 관계를 강조하는, 도구의 대안적인 표현이 도 9에 도시된다. 도 9의 블록(100)은 이 도구의 전체 도구 구조를 나타내며, 이는 매우 근접하게 배치된 모든 컴포넌트를 포함할 수도 있고, 상이한 분위기를 갖는 물리적으로 분리된 챔버를 포함할 수도 있다. 모든 컴포넌트를 하나의 인클로저에 통합시킴으로써 비용이 절약될 수 있다.

특정 예에서는, 스텝퍼의 광학이 극도로 정확하여야 하고, 구조 재료(210) 또는 SAM으로 구성된 재료의 얇은 코팅조차 UV 빔의 초점을 변경시킬 수 있다. 따라서, 각 기능에 대해 분리된 챔버를 이용함으로써 피착 환경을 패터닝 환경으로부터 격리시켜 이러한 가능성을 줄이는 것은 권할 만한 것이다.

도 9를 다시 참조하면, 재료 핸들러로 레이블링된 블록(102)은 팹에서 순환하는 이송 모듈로부터 웨이퍼를 수용하여, 그것을 수행 중인 공정에서 요구되는 대로 (구조 재료를 피착시키기 위한 수단으로도 알려진) 피착 모듈(120)과 노출 모듈(110) 사이로 이송시키는 종래의 로봇식 핸들러를 나타낸다.

패턴 유닛이 조절 가능하게 빔을 편향시키는 편향 유닛일 수 있는 경우, 패턴 재료(패턴을 수록한 SAM)의 패터닝은 전자 빔(직접-기록 또는 프로젝션 리소그래피)에 의해 수행될 수 있다.

본 실시예에 따른 장치는 집적 회로에만 적용되는 것이 아니고, 많은 유형의 마이크로머시닝에 적용될 수 있으므로, 웨이퍼(10)는 공작물이라고 지칭되었다.

본 발명이 하나의 바람직한 실시예와 관련하여 기술되었지만, 당업자라면 본 발명이 이하의 청구항의 기술적 사상 및 범위 내에서 다양한 버전으로 실시될 수 있음을 인식할 것이다.

당업자라면, 본 발명이 전술한 예시적인 실시예와 관련하여 기술되었지만, 본 발명은 그것으로 한정되지 않고 본 발명의 범위 내에 속하는 많은 가능한 변경 및 수정이 존재함을 이해할 것이다.

본 개시의 범위는 임의의 새로운 특징 또는 본 명세서에 개시된 특징들의 조합을 포함한다. 본 발명의 출원인은 본원의 심사 중 또는 본원으로부터 도출되는 임의의 후속 출원의 심사 중에 이러한 특징 또는 특징들의 조합에 대한 새로운 청구항이 주장될 수 있음을 공지한다. 특히, 첨부된 청구항을 참조하여, 종속항으로부터의 특징은 독립항의 특징과 조합될 수 있고, 각 독립항으로부터의 특징들이 청구항에 열거된 특정 조합뿐만 아니라 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.

불확실성을 피하기 위해, 명세서 및 청구항에 걸쳐 사용된 용어 "포함한다"는 "만으로 구성되는"이라는 의미로 해석되어서는 안 된다.

Claims (13)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 공작물(workpiece) 상에 구조를 형성하는 방법으로서,

    상기 공작물을 챔버로 로딩하는 단계 - 상기 챔버는 제어된 분위기(atmosphere)를 갖고, 상기 분위기는 온도 및 압력을 포함함 - ;

    상기 제어된 분위기에서,

    i) 상기 공작물의 표면 상에 비패턴화된 막을 피착하는 단계 - 상기 막은 소수성인 감광성 재료로 형성됨 - ;

    ⅱ) 상기 막을 패턴화된 전자 또는 광자 빔(patterned beam of electrons or photons)에 노출시킴으로써, 상기 막을 통해 개구들(apertures)의 패턴을 생성하는 단계 - 상기 막의 노출된 부분은 상기와 같이 노출되면 증발하고, 상기 패턴화된 전자 또는 광자 빔은 제1 전자 또는 광자 빔을 패터닝 유닛(patterning unit)으로 통과시킴으로써 정의됨 - ;

    ⅲ) 상기 개구들 내에 구조 재료를 피착하는 단계;

    ⅳ) 상기 공작물 위에 비패턴화된 제2 막을 피착하는 단계 - 상기 막은 소수성인 감광성 재료로 형성됨 - ;

    ⅴ) 상기 제2 막을 제2 패턴화된 전자 또는 광자 빔에 노출시킴으로써, 제2 개구들의 패턴을 생성하는 단계 - 상기 막의 노출된 부분은 상기와 같이 노출되면 증발하고, 상기 제2 패턴화된 전자 또는 광자 빔은 제1 전자 또는 광자 빔을 제2 패터닝 유닛으로 통과시킴으로써 정의됨 - ;

    ⅵ) 상기 제2 개구들 내에 구조 재료를 피착하는 단계;

    ⅶ) 상기 공작물을 상기 제1 전자 또는 광자 빔으로 플러딩(flooding)함으로써 상기 막의 남은 부분을 증발시키는 단계; 및

    ⅷ) 상기 챔버로부터 상기 공작물을 제거하는 단계

    를 포함하는 공작물 상의 구조 형성 방법.
13. 제12항에 있어서,

    상기 제거하는 단계 이전에,

    상기 공작물의 표면 상에 비패턴화된 막을 피착하는 단계 - 상기 막은 소수성인 감광성 재료로 형성됨 - ;

    상기 막을 패턴화된 전자 또는 광자 빔에 노출시킴으로써, 상기 막을 통해 개구들의 패턴을 생성하는 단계 - 상기 막의 노출된 부분은 상기와 같이 노출되면 증발하고, 상기 패턴화된 전자 또는 광자 빔은 제1 전자 또는 광자 빔을 패터닝 유닛으로 통과시킴으로써 정의됨 - ;

    상기 개구들 내에 구조 재료를 피착하는 단계; 및

    상기 공작물을 상기 제1 전자 또는 광자 빔으로 플러딩함으로써 상기 막의 남은 부분을 증발시키는 단계

    를 상기 챔버에서 적어도 두 번 수행하는 단계를 더 포함하는 공작물 상의 구조 형성 방법.

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