KR101094424B1 - 애싱 시스템 - Google Patents

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큐조 나카무라
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카즈시게 코마츠
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Abstract

시간에 따라 애싱 속도가 변화되는 것을 방지하는 애싱 시스템이 개시된다. 애싱 시스템은 공정 챔버 내에서 노출된 금속을 포함하는 기판(W) 상의 유기 물질을 애싱한다. 애싱 시스템은 공정 챔버(11) 내에 형성되고 공정 챔버에 공급되는 활성종들이 통과하는 통로를 포함한다. 통로는 활성종들에 의해 기판(W)으로부터 비산되는 금속을 포집할 수 있는 표면(11a, 31a, 33a, 33b)에 의해 정의되며, 표면은 기판으로부터 노출된 금속과 동일한 종류의 금속을 노출시키도록 형성된다.

Description

애싱 시스템{ASHING SYSTEM}
본 발명은 기판으로부터 유기 물질들을 제거하기 위하여 애싱(재화(incineration))을 수행하기 위한 애싱 시스템에 관한 것이다.
종래에는, 반도체 기판 상에 집적 회로를 형성하기 위하여 회로 패턴이 형성된 레지스트 필름을 반도체 기판의 표면상에 정렬시킨다. 그 후, 절연층, 반도체층 또는 금속층과 같은 레지스트 필름 아래의 층들을 상기 레지스트 필름을 통하여 식각한다. 상기 레지스트 필름은 상기 식각 공정이 종료된 후에 상기 기판 표면으로부터 제거된다. 이러한 레지스트 필름을 제거하기 위한 방법의 일예로는, 주로 산소 플라즈마와 같은 반응성 가스의 플라즈마를 사용하여 레지스트 필름을 애싱(재화(incinerating))하는 건식 처리 방법이 있다.
상기 건식 처리 방법에 있어서, 반응성 가스의 플라즈마에서 생성되는 주로 산소 라디칼들의 활성종들(라디칼들)과 기판에 도포된 레지스트 필름의 반응을 야기하여 상기 레지스트 필름을 분해하고 기화시켜 이산화탄소(CO2)와 수증기(H2O)의 형태로 제거한다. 특허 문헌 1에는 상기 건식 처리 방법을 통해 레지스트 필름을 제거하기 위한 플라즈마 애싱 장치의 일예가 개시되어 있다. 이러한 애싱 장치를 도 9를 참조하여 설명한다.
도 9에 도시한 바와 같이, 종래의 애싱 장치는 챔버(공정 챔버)(1)를 포함하며, 챔버(1)의 상부는 공급관(feed tube)(2)에 연결된다. 공급관(2)은 플라즈마와 함께 마이크로파 및 반응 가스들(예를 들면, 산소, 질소 및 사불화탄소)을 발생시키는 플라즈마 챔버(도시되지 않음)에 연결된다. 복수의 관통 홀들을 갖는 샤워 플레이트(3)는 기판 스테이지(4)를 향하는 공급관(2)의 하단에 정렬된다. 실린더 형상의 확산 방지벽(5)은 공정 챔버(1)의 상부 내면에 부착되어 샤워 플레이트(3) 주변으로 연장된다. 고주파 전력 공급기(6)는 기판 스테이지(4)에 연결된다. 환기 포트(7)는 챔버(1)의 바닥 부위에 형성된다.
전술한 방식으로 구성된 애싱 장치에 의해 수행되는 애싱 공정을 설명한다. 먼저, 챔버(1)에 로딩되는 기판(웨이퍼)(W)은 기판 스테이지(4)의 상부 표면상에 정렬된다. 챔버(1)의 내부는 감압되며, 고주파 전압(RF 바이어스)이 기판 스테이지(4)에 인가된다. 그 후, 산소 라디칼들을 함유하는 가스가 플라즈마 챔버(도시되지 않음)로부터 공급관(2)을 통해 챔버(1)로 공급된다. 상기 산소 라디칼들을 함유하는 가스는 샤워 플레이트(3)의 관통 홀들을 통해 흐르며 기판(W)에 도달한다. 샤워 플레이트(3)로부터 외부로 흐르는 가스는 확산 방지벽(5)에 의해 기판(W) 쪽으로 가이드된다. 기판(W)의 상부 표면상에 형성된 레지스트 필름(도시되지 않음)은 상기 가스에 함유된 산소 라디칼들에 의해 분해되고 기화된 후에 환기 포트(7)로부터 방출된다.
반도체 기판 상의 집적 회로에 있어서, 트랜지스터들과 같은 회로 소자들은 알루미늄(Al), 구리(Cu) 또는 이와 같은 물질로 이루어진 금속 배선에 의해 연결된다. 어떤 집적 회로들은 표면이 금(Au) 또는 이와 같은 물질로 덮인 연결 패드들이나 땜납으로부터 형성된 연결 터미널들을 구비한다. 따라서, 반도체 기판을 제조할 때, 레지스트 필름을 애싱하는 동안 금속 배선이 노출되며, 금 또는 땜납이 그 표면상에 형성될 수 있다. 이 경우, 노출된 금속 물질은 화학적 반응 또는 물리적 반응에 의해 스퍼터된다. 이는 금속 원자들을 비산시키며, 금속 원자들이 챔버(1)의 내벽들, 즉 샤워 플레이트(3)의 하부 표면과 확산 방지벽(5)의 내주 표면에 침적된다. 이와 같은 상태에서 애싱 공정이 계속될 경우, 챔버(1)의 내벽들 상에 포집된 금속들은 기판(W)으로 가이드 되어야 하는 산소 라디칼들과 결합된다. 이는 금속 표면을 산화시키게 되며, 비활성화된 산소 라디칼들의 양을 증가시킨다. 그 결과, 기판(W)에 도달하는 산소 라디칼들의 양이 감소하며, 동일한 시간 동안 처리될 수 있는 레지스트 필름의 깊이(애싱 속도)가 감소한다. 이러한 시간에 따른 애싱 속도(ashing rate)의 변화는 애싱 속도가 불안정해지는 문제를 가져온다.
동일한 조건(조건 B) 하에서 단일 애싱 장치를 사용하여 금속(여기서는, 구리)이 노출된 다수의 기판들(W)에 대해 계속적으로 실제 공정을 수행하였으며, 본 발명의 발명자들은 도 10에 나타낸 바와 같이 처리된 기판들(W)의 수가 증가할수록 애싱 속도가 현저하게 감소한다는 것을 확인하였다. 보다 상세하게는, 애싱 장치를 세정한 후 첫 번째 기판(W)의 애싱 속도는 2,100.5Å/60초인 반면, 스무 번째 기판(W)의 애싱 속도는 1,523.7Å/60초까지 감소한다. 다시 말하면, 스무 번째 기판(W)에 대해 수행되는 애싱 공정에 있어서, 애싱 속도는 첫 번째 기판(W)을 처리 하는 경우에 비하여 약 30% 정도 감소하였다.
특허 문헌 1：일본 특허 공개 공보 제9-45495호
본 발명에 따르면 공정 시간에 따라 공정 효율이 감소되는 것을 방지하는 애싱 시스템이 제공된다.
본 발명의 일 측면에 따르면 애싱 시스템이 개시된다. 상기 애싱 시스템은 공정 챔버 내에 노출된 금속을 포함하는 기판 상에서 유기 물질을 애싱한다. 상기 애싱 시스템은 상기 공정 챔버로 공급되는 확산종들이 통과하는 통로를 포함한다. 상기 통로는 상기 확산종들에 의해 상기 기판으로부터 비산되는 금속을 포집할 수 있는 표면에 의해 정의되며, 상기 표면은 상기 기판으로부터 노출된 금속과 동일한 종류의 금속을 노출시키도록 형성된다.
전술한 본 발명의 특징들 및 기타 이점들은 발명의 상세한 설명 및 첨부된 도면들을 참조하여 다양한 실시예들을 상세하게 기술함으로써 더욱 명확하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 애싱 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시한 애싱 시스템 내에 정렬된 챔버를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 실시예들에 따른 샤워 플레이트를 나타내는 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 실시예들에 따른 샤워 플레이트의 변형예를 나타내는 단 면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 샤워 플레이트의 다른 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시한 애싱 시스템의 시간에 따른 애싱 속도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 측정 포인트들을 나타내는 평면도이다.
도 7은 종래의 애싱 장치를 사용하는 경우에 각 측정 포인트에서 애싱 깊이의 측정 결과들을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 애싱 시스템을 사용하는 경우에 각 측정 포인트에서 애싱 깊이의 측정 결과들을 나타내는 그래프이다.
도 9는 종래의 애싱 장치를 나타내는 개략도이다.
도 10은 종래의 애싱 장치를 사용하는 경우에 시간에 따른 애싱 속도의 변화를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 애싱 시스템을 도 1 내지 도 3b를 참조하여 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 애싱 시스템은 그 상부가 공급관(12)에 의해 플라즈마 챔버(13)에 연결되는 챔버(공정 챔버)(11)를 포함한다. 플라즈마 챔버(13)는 마이크로파 도파관(14)을 경유하여 마그네트론(15)에 연결된다. 실리카(silica) 또는 이와 같은 물질로 형성되는 마이크로파 전달창(13a)은 플라즈마 챔버(13)와 마이크로파 도파관(14)으로 구획한다. 마이크로파 전력 공급기(16)는 마그네트론(15)에 연결된다. 마그네트론(15)에서 생성되는 마이크로파(μ파)들은 마이크로파 도파관(14)을 통하여 플라즈마 챔버(13)로 가이드된다.
플라즈마 챔버(13)는 가스 흡입관(17)에 의해 복수(도면에서는 3개)의 유량 제어기들(18a 내지 18c)에 연결된다. 유량 제어기들(18a 내지 18c)은 각기 가스 공급 소스들(19a 내지 19c)에 연결된다. 본 발명의 실시예들에 있어서, 하나의 가스 공급 소스(19a)는 산소(O2)를 저장하고, 다른 가스 공급 소스(19b)는 질소(N2)를 저장하며, 또 다른 가스 공급 소스(19c)는 사불화탄소(CF4)를 저장한다. 유량 제어기들(18a 내지 18c)은 대응하는 가스 공급 소스들(19a 내지 19c)에 저장되는 가스들의 유량을 조절한다. 소정의 유량으로 산소, 질소 및 사불화탄소가 혼합되어 반응성 가스를 형성하며, 가스 흡입관(17)을 통하여 플라즈마 챔버(13)로 보내진다.
상기 마이크로파 및 상기 반응성 가스는 플라즈마 챔버(13) 내에서 산소를 함유하는 플라즈마를 생성하며, 플라즈마 내의 활성종들로서 기능하는 산소 라디칼들은 공급관(12)을 통하여 챔버(11)로 보내진다. 기판(W)을 지지하기 위한 기판 스테이지(20)가 챔버(11) 내부에 정렬된다. 진공 보조 챔버(22)는 개폐기(21)에 의해 챔버(11)에 연결된다. 진공 보조 챔버(22)는 챔버(11)가 대기에 개방됨없이 기판(W)을 로딩 및 언로딩하기 위해 사용된다.
환기 포트(23)는 챔버(11)의 바닥 부분에 형성된다. 환기 포트(23)는 환기관(24)에 의해 환기 펌프(도시되지 않음)에 연결된다. 이러한 환기 펌프는 챔 버(11) 내의 압력을 감소시킨다. 압력 제어기(25)는 상기 환기 펌프의 구동에 의해 챔버(11) 내의 압력을 조절하도록 환기관(24) 내에 배치된다.
마이크로파 전력 공급기(16), 유량 제어기들(18a 내지 18c) 및 압력 제어기(25)는 제어 유닛(26)에 연결된다. 제어 유닛(26)은 저장소(도시되지 않음)를 포함한다. 상기 저장소는 여러 유형의 기판들을 처리하기 위한 조건들에 관한 정보(레서피들(recipes))를 저장한다. 챔버(11)로 로딩되는 기판(W)에 따라 레서피가 지정되면, 제어 유닛(26)은 지정된 레서피의 값들에 기초하여 마이크로파 전력 공급기(16), 질량 유량 제어기들(18a 내지 18c) 및 압력 제어기(25)를 조절한다.
이하, 챔버(11)의 구성을 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.
챔버(11)는 챔버(11) 내부에서 처리되는 기판(W)으로부터 주로 노출되는 금속과 동일한 종류의 금속으로부터 형성된다. 또한, 이러한 금속은 챔버(11)의 내면으로부터 노출된다. 예를 들면, 상기 애싱 시스템으로 구리가 노출되는 기판(W)에 대해 애싱 공정을 수행하는 경우, 챔버(11)는 구리로 형성된다. 이에 따라, 챔버(11)는 구리이외에도 기판(W)으로부터 노출되는 금속에 따라 금(Au), 땜납, 백금(Pt), 이리듐(Ir) 등으로 형성될 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 공급관(12)은 챔버(11)의 상부에 결합되는 하단을 구비한다. 샤워 플레이트(확산 플레이트)(31)는 공급관(12)의 하단 상에 정렬된다. 디스크 형상이며 복수의 관통 홀들(도시되지 않음)을 포함하는 샤워 플레이트(31)는 기판 스테이지(20)를 향한다. 샤워 플레이트(31)는 부착 부재(32)에 의해 챔버(11)의 상부에 고정된다. 부착 부재(32)는 샤워 플레이트(31)를 상부 내면(11a) 으로부터 소정의 간격으로 이격시킨다. 챔버(11)의 상부 내면(11a)과 샤워 플레이트(31) 사이의 간격은 공급관(12)으로부터 챔버(11)로 보내지는 산소 라디칼들이 샤워 플레이트(31)에 형성된 관통 홀들을 통과하고, 샤워 플레이트(31)와 외부로 가이드되는 챔버(11)의 상부 사이에 형성된 갭(gap)을 지나도록 설정된다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 샤워 플레이트(31)는 복수(도 3a에서는 3개)의 층들(31a, 31b, 31c)을 포함한다. 챔버(11)의 경우와 동일한 방식으로 기판(W)의 반대측(도 2 및 도 3a에서 하부측)에 위치하는 제1 층(31a)은 기판(W)으로부터 노출되는 금속(예를 들면, 구리)과 동일한 종류의 금속으로 형성되며, 이러한 금속은 제1 층(31a)의 표면(하부 표면)으로부터 노출된다. 제1 층(31a)의 상부층인 제2 층(31b)은, 예를 들면, 알루미늄 산화물 또는 이트륨 산화물(Y2O3)로 형성되는 금속 산화물층이다. 제2 층(31b)의 상부층이며 산소 라디칼의 진입측(도 2 및 도 3a에서 상부측)에 위치하는 제3 층(31c)은 불화물층(불화물 필름)으로 형성된다.
샤워 플레이트(31)는, 예를 들면, 기판(W)으로부터 노출되는 금속으로 형성되는 금속 플레이트(제1 층(31a))에 제2 층(31b)이 되는 금속 산화물층을 적용하여 형성된다. 그 후, 제2 층(31b)의 상부 표면에 대해 불화 처리를 수행하여, 제3 층(31c)을 형성한다. 이러한 불화 처리는, 예를 들면, 주요 구성 부재(제1 층(31a), 제2 층(31b))의 온도를 상승시키고 불소 원자들을 함유하는 가스를 제공함으로써 수행될 수 있다. 다른 예로는, 불소 플라즈마는 불소 원자들을 함유하는 가스를 사용하여 생성될 수 있으며, 상기 주요 구성 부재는 이러한 플라즈마 분위 기 내에 배치될 수 있다. 사용되는 가스는 적어도 CF4, C2F6, C3F8, NF3, SF6 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 실린더 형상의 확산 방지벽(33)은 챔버(11)의 상부 내면(11a)에 부착되는 상단을 가진다. 확산 방지벽(33)은 샤워 플레이트(31) 주위로 연장된다. 확산 방지벽(33)은 기판 스테이지(20) 상에 지지된 기판(W)의 외경보다 약간 크게 설정된 내경을 가진다. 챔버(11) 및 샤워 플레이트(31)의 경우와 동일한 방식으로, 확산 방지벽(33)은 기판(W)으로부터 노출되는 금속(예를 들면, 구리)과 동일한 종류의 금속으로 형성되며, 이러한 금속은 확산 방지벽(33)의 표면으로부터 노출된다.
기판 가이드(36)는 기판 스테이지(20)의 상부 주변부를 덮는다. 리프트 핀(37)은 기판 스테이지(20)에 정렬되는 단부를 가지며, 상방 및 하방으로 이동 가능하게 지지된다. 리프트 핀(37)의 상하 방향의 이동에 따라 기판(W)이 리프트 핀(37)과 이송 장치(도시되지 않음) 사이에서 이송되며, 기판(W)을 기판 스테이지(20) 상에 정렬시킨다.
절연 플레이트(38)는 기판 스테이지(20)와 챔버(11)의 하부 사이에 정렬된다. 파이프(39)는 기판 스테이지(20)에 연결된다. 파이프(39)는 기판 스테이지(20)) 내에 형성된 냉각재 통로(도시되지 않음)로 냉각재를 공급한다. 이에 따라, 기판 스테이지(20)의 온도가 조절된다. 또한, 고주파 전력 공급기(40)가 커패시터(C)를 경유하여 기판 스테이지(20)에 연결된다. 고주파 전력 공급기(40)는 고 주파 바이어스(RF 바이어스)를 기판 스테이지(20)에 제공한다.
챔버(11)는 접지된다. 이에 따라, 챔버(11)(특히, 그 내부 표면)는 고주파 전력 공급기(40)로부터 상기 고주파 바이어스가 인가되는 기판 스테이지(20)의 전기적인 대향 전극으로 기능한다. 또한, 챔버(11)는 부착 부재(32)를 경유하여 샤워 플레이트(31)의 제1 층(31a)(금속 플레이트)에 전기적으로 연결된다. 챔버(11)는 또한 확산 방지벽(33)에 전기적으로 연결된다. 이에 따라, 동일한 종류의 금속으로 형성되고 고주파 바이어스가 인가되는 챔버(11), 샤워 플레이트(31) 및 확산 방지벽(33)은 기판 스테이지(20)의 전기적인 대향 전극들로서 기능한다.
이하, 상술한 구성을 갖는 애싱 시스템으로 수행되는 애싱 공정을 설명한다.
먼저, 기판(W)은 제거되는 레지스트 필름(유기물)을 갖는 표면(처리 표면)이 상방을 향하도록 챔버(11) 내의 기판 스테이지(20) 상에 정렬된다. 그 후, 챔버(11)의 압력은 감소되고, 고주파 바이어스(RF 바이어스)가 기판 스테이지(20)에 인가된다. 이 후, 플라즈마에 함유되고 플라즈마 챔버(13) 내에서 생성된 산소 라디칼들은 챔버(11)로 보내진다. 상기 산소 라디칼들은 샤워 플레이트(31)의 관통 홀들을 통과하며 기판(W)에 도달한다. 또한, 상기 산소 라디칼들은 샤워 플레이트(31)와 챔버(11)의 상부 내면(11a) 사이의 갭을 통과하며 반경 방향으로 이동한다. 이러한 상태에서, 패시베이션 필름으로 기능하는 불화물층(제3 층(31c))은 산소 라디칼들(도 2에서 상부 표면)이 공급되는 샤워 플레이트(31)의 측면 상에 형성된다. 따라서, 샤워 플레이트(31)의 상부 표면의 산화가 방지되며 산소 라디칼들과의 결합이 방지된다. 이로 인하여, 샤워 플레이트(31)에 의해 비활성화된 산소 라 디칼들의 양이 감소된다.
상기 반경 방향으로 이동하는 산소 라디칼들은 확산 방지벽(33)에 의해 기판(W)으로 가이드된다. 즉, 확산 방지벽(33)은 상기 반경 방향으로의 산소 라디칼들의 이동을 제한하고 상기 산소 라디칼들의 불필요한 확산을 방지한다. 상기 산소 라디칼들이 기판(W)에 도달하면, 산소 라디칼들은 기판 상의 레지스트 필름과 반응한다. 이에 따라 상기 레지스트 필름이 제거된다.
상술한 바와 같이, 금속 물질이 노출된 기판(W)에 대해 애싱 공정을 수행하면, 화학적 반응 또는 물리적 반응이 기판 표면에서 일어날 때 금속 원자들이 기판(W)으로부터 비산된다. 그 결과, 기판(W)으로부터 비산된 상기 금속 원자들은, 기판(W)을 향하는 챔버(11)의 상부 내면(11a), 샤워 플레이트(31)의 하부 표면 및 확산 방지벽(33)의 내주면(33a)과 저면(33b)을 포함하는 금속 원자들의 경로 내에 포집되고 증착된다. 이와 같은 상태에서, 종래의 애싱 장치에서는, 전술한 방식으로 포집되고 증착되는 금속 원자들이 애싱 속도를 감소시키고 기판(W) 평면상에서 애싱 속도의 균일성에 악영향을 미친다. 즉, 산소 라디칼들의 통로인 이러한 표면들에 포집되고 증착되는 금속 원자들이 상기 표면들에서 비활성화된 산소 라디칼들의 양을 변화시킨다. 이로 인하여 애싱 속도가 변화된다.
전술한 문제를 고려하여, 기판(W)으로부터 비산된 금속 원자들이 포집될 수 있는 표면들(챔버(11)의 상부 내면(11a), 샤워 플레이트(31)의 저면 및 확산 방지벽(33)의 내주면(33a)과 바닥면(33b))을 포함하는 본 발명의 실시예들에 따른 애싱 시스템에서 산소 라디칼들의 통로는 기판(W)으로부터 노출되는 금속과 동일한 종류 의 금속으로 형성된다. 또한, 이러한 금속은 전술한 표면들로부터 각기 처음으로 노출된다. 따라서, 기판(W)으로부터 비산되는 금속 원자들이 표면들에 포집되더라도, 이러한 표면들에서 금속이 노출되는 영역은 미세하게 변화된다. 이에 따라, 금속 원자들이 챔버(11)에서 침적되더라도 비활성화된 산소 라디칼들의 양은 금속 원자들이 그 내부에 침적되지 않는 경우와 거의 같게 된다. 그러므로, 비활성화된 산소 라디칼들의 양은 상기 금속 원자들의 포집이나 또는 복수의 기판(W)들에 대한 애싱 공정에 관계없이 실질적으로 동일하게 유지된다. 다시 말하면, 애싱 공정이 많은 기판들(W)에 대해 수행되더라도 기판(W)에 도달하는 산소 라디칼들의 양은 미세하게 변화된다. 이에 따라 시간에 따라 애싱 속도가 변화되는 것이 방지된다.
또한, 기판(W)으로부터 비산되는 금속이 챔버(11)의 상부 내면(11a), 샤워 플레이트(31)의 저면 및 확산 방지벽(33)의 내주면(33a)과 저면(33b)에 불균일한 방식으로 포집되더라도 동일한 종류의 금속이 이러한 표면들로부터 최초로 노출된다. 따라서, 상기 금속 원자들의 포집의 전후에 금속이 노출되는 이와 같은 표면들의 영역은 미세하게 변화된다. 즉, 애싱 공정이 많은 기판들(W)에 대해 수행되더라도 금속의 분포는 산소 라디칼들의 경로에서 실질적으로 동일하게 유지된다. 이에 따라, 기판에 각 포인트(측정 포인트)에 도달하는 산소 라디칼들의 양은 시간에 따라 미세하게 변한다. 그 결과, 전체 기판(W)의 상기 애싱 속도이외에도 기판(W)의 각 측정 포인트에서 애싱 속도가 시간에 따라 변화되는 것이 방지된다. 또한, 상기 산소 라디칼들의 통로에서 금속의 분포는 실질적으로 변하지 않는다. 따라서, 기판(W)에서 애싱 속도의 평면상의 균일성에 악영향을 미치는 것이 방지된다.
도 5는 동일한 조건(조건 A) 하에서 구리가 노출된 다수의 웨이퍼들(W)을 계속적으로 처리하여 수행된 실험 결과들을 나타낸다. 기판(W)의 공정 조건들 A는 산소, 질소 및 사불화탄소의 유량이 각기 2,400sccm, 160sccm 및 400sccm 정도이고, 챔버(11)의 압력이 100Pa 정도, 마이크로파의 전력이 2000W 정도, RF 바이어스가 300W 정도, 그리고 처리 시간이 30초 정도로 정해진다.
도 5에 있어서, 흑색 원들은 원주 방향 및 반경 방향을 따라 기판(W)의 중앙부로부터 차례로 정렬된 기판(W)(도 6 참조)상의 49개의 측정 포인트들에서 측정된 애싱 속도들의 평균값을 나타낸다. 상기 흑색 원들에 의해 나타나는 결과들로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 따른 애싱 시스템에서 처리량이 증가하더라도 애싱 속도의 변화는 작으며, 애싱 속도는 대체로 일정하게 유지된다. 보다 상세하게는, 애싱 시스템을 세정한 후 처음으로 처리된 기판(W)의 애싱 속도는 8,244.3Å/30초 정도인 반면, 100번째 기판(W)의 애싱 속도는 7,791.3Å/60초 정도이다. 다시 말하면, 본 발명의 실시예들에 따른 애싱 속도에 있어서, 100개의 기판들(W)에 대해 애싱 공정을 수행하더라도 애싱 속도는 처음으로 처리된 기판(W)으로부터 약 5% 정도만 감소하게 된다. 이와는 달리, 종래 기술에 따른 애싱 장치에 있어서, 전술한 바와 같이 애싱 속도는 약 30%정도 감소한다(도 10 참조). 그러므로 본 발명의 실시예들에 따른 애싱 시스템에 있어서, 애싱 속도의 변화가 작고 애싱 속도가 안정되는 점은 명백하다.
도 5에 있어서, 흑색 사각형들과 흑색 다이아몬드들은 기판(W)의 평면상에서 각 측정 포인트들(도 6 참조)에서 측정된 애싱 속도의 최대값과 최소값 사이의 차 이로부터 계산된 애싱 속도의 균일성을 나타낸다. 흑색 삼각형들은 기판 상에 생성된 파티클들의 양을 나타낸다. 이러한 결과들로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 애싱 시스템에 있어서, 처리량이 증가하더라도 평산 상에서 애싱 속도의 균일성은 대체로 일정하게 유지되며, 생성되는 파티클들의 양은 매우 적어진다.
전술한 실험 결과들로부터, 표면들로부터 노출되는 금속이 표면들에 침적되는 금속과 같도록 표면을 형성함으로써 애싱 속도가 기판(W)의 처리량과 관계없이 안정화될 수 있다는 점은 명백하다. 이에 따라 애싱 시스템의 신뢰성과 생산성이 개선된다.
도 7 및 도 8은 구리가 노출된 기판(W)의 각 측정 포인트(도 6 참조)에서 애싱 공정 동안의 애싱 깊이를 측정하기 위해 수행된 실험 결과들을 나타낸다. 도 7은 산소, 질소 및 사불화탄소의 유량이 각기 1,280sccm, 160sccm 및 160sccm 정도이고, 챔버(11)의 압력이 75Pa 정도이며, 마이크로파의 전력이 1500W 정도이고, RF 바이어스가 300W 정도이며, 공정 시간이 30초 정도로 정해진 공정 조건 B 하에서 종래의 애싱 장치로 애싱 공정을 수행한 경우의 측정 결과들을 나타낸다. 또한, 도 8은 전술한 공정 조건 A 하에서 본 발명에 따른 애싱 시스템으로 애싱 공정을 수행한 경우의 측정 결과들을 나타낸다.
도 7 및 도 8에 있어서, 흑색 원들은 애싱 장치 또는 시스템의 세정 후에 애싱 공정이 수행되는 기판들(W) 중 첫 번째 기판의 측정 결과들을 나타내고, 흑색 사각형들은 기판들(W)의 복수 번째(예를 들면, 100번째)에 대한 측정 결과들을 나 타낸다. 도 7로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 종래의 애싱 장치에 있어서, 애싱 공정이 수행된 복수 번째의 기판(W)의 애싱 깊이는 첫 번째 기판(W)의 애싱 깊이로부터 전체적으로 감소한다. 또한, 복수 번째의 기판(W)에 대해 수행되는 애싱 공정에 있어서, 애싱 깊이의 감소량은 각 측정 포인트들 사이에서 변화하며, 기판(W) 평면에서 애싱 깊이의 균일성은 악화된다. 이는 챔버(11)의 내벽에 불균일한 방식으로 침적되는 금속 원자들에 기인하는 것으로 이해된다.
이에 비하여, 본 발명의 실시예들에 따른 애싱 시스템을 사용하는 경우, 도 8로부터 명백한 바와 같이 첫 번째 기판(W)의 측정 결과들과 복수 번째의 기판(W)의 측정 결과들과 비교할 때, 애싱 깊이는 각 측정 포인트에서 미세하게 변화된다. 다시 말하면, 애싱 속도는 애싱 공정이 수행되는 복수 번째의 기판(W) 상의 각 측정 포인트에서 첫 번째의 경우와 대체로 동일하게 유지된다. 그 결과, 동일한 종류의 금속이 노출되도록 금속이 침적될 수 있는 표면을 형성함에 따라 처리량과 기판(W)의 측정 포인트에 관계없이 처리 시간 동안의 애싱 깊이의 변화가 방지되며, 평면상의 애싱 깊이의 균일성의 악화가 방지된다.
본 발명의 실시예들에 따르면 다음과 같은 장점들이 구현된다.
(1) 산소 라디칼들의 통로는 공정 챔버(11) 내에 형성된다. 이와 같은 통로는 기판(W)으로부터 노출되는 금속과 동일한 금속이 노출되도록 형성된 표면들을 갖는, 기판(W)으로부터 비산되는 금속 원자들이 포집될 수 있는 표면들(바람직하게는, 챔버(11)의 상부 내면(11a), 샤워 플레이트(31)의 하부 표면, 확산 방지벽(33)의 내주면(33a) 및 저면(33b))로 정의된다. 따라서, 기판(W)으로부터 비산되는 금 속 원자들이 상기 표면들에 침적되더라도 금속이 노출되는 면적은 산소 라디칼들의 통로에서 미세하게 변화된다. 이에 따라, 금속 원자들이 챔버(11)에서 포집되더라도 비활성화된 산소 라디칼들의 양은 금속 원자들이 침적되지 않을 때와 거의 같다. 즉, 애싱 공정이 다수의 기판들(W)에 대해 수행되더라도 기판(W)에 도달하는 산소 라디칼들의 양은 미세하게 변한다. 그러므로, 시간에 따라 애싱 속도가 변화되는 것이 최적의 방법으로 방지된다. 따라서, 금속이 노출되는 다수의 기판들(W)이 처리되더라도 애싱 속도는 최적의 방식으로 안정적으로 유지된다.
(2) 챔버(11)는 실린더 형상이고 샤워 플레이트(31)를 둘러싸는 상태에서 산소 라디칼들의 불필요한 확산을 방지하는 확산 방지벽(33)을 포함한다. 따라서, 확산 방지벽(33)은 샤워 플레이트(31)로부터 외부로 확산되는 산소 라디칼들의 불필요한 확산을 방지하며, 기판(W)에 산소 라디칼들을 효율적으로 제공한다.
(3) 샤워 플레이트(31)에 있어서, 불화물층(제3 층(31c))은 산소 라디칼들의 진입측으로서 기능하는 표면상에 형성된다. 상기 불화물층은 패시베이션 필름으로 기능하여 샤워 플레이트(31)의 상부 표면이 산화되는 것을 방지한다. 그 결과, 산소 라디칼들은 샤워 플레이트(31)의 상부 표면에 미세하게 결합된다. 따라서, 불화물층의 형성으로 인해 샤워 플레이트(31)에서 비활성화된 산소 라디칼들의 양이 효과적으로 감소된다. 이에 따라 전체적으로 애싱 속도가 개선된다.
(4) 챔버(11), 샤워 플레이트(31) 및 확산 방지벽(33)은 전기적으로 고주파 전력 공급기(40)로부터 고주파 바이어스가 공급되는 기판 스테이지(20)의 대향 전극들로서 기능한다. 따라서, 기판(W)으로부터 비산되는 금속 원자들은 상기 대향 전극들을 향해 이동한다. 이에 따라, 기판(W)으로부터 비산되는 금속 원자들이 금속이 노출되는 표면들(챔버(11)의 상부 내면(11a), 샤워 플레이트(31)의 하부 표면, 확산 방지벽(33)의 내주면(33a) 및 하부 표면(33b))상의 산소 라디칼들의 통로에 보다 확실하게 침적된다.
전술한 본 발명의 실시예들은 다음과 같이 변형될 수 있다.
상술한 실시예들에서 샤워 플레이트(31)의 층 구조가 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 3b에 도시된 바와 같이, 샤워 플레이트(31)는 기판(W)으로부터 노출되는 금속으로부터 형성되는 금속 플레이트(제1 층(31a))의 산소 라디칼 진입 측 표면(상부면)에 플루오르 막(제3 층(31c))을 적용하여 형성될 수 있다.
불화물층으로부터 형성되고 도 3a에 도시된 제3 층(31c)은 제거될 수 있다. 이러한 경우, 금속 산화물층으로 형성되는 제2 층(31b)은 패시베이션 필름으로 기능한다. 이와 같은 구조는 또한, 샤워 플레이트(31)가 단지 제1 층(31a)으로만 형성되는 구조에 비하여 샤워 플레이트(31) 내의 비활성화된 산소 라디칼의 양을 감소시킬 수 있다.
선택적으로, 도 3a에 도시된 제2 층(31b) 및 제3 층(31c)이 제거될 수 있다. 이러한 구조에 있어서, 각기 금속이 노출되는 챔버(11), 샤워 플레이트(31) 및 확산 방지벽(33)은 시간에 따라 애싱 속도가 변화되는 것을 방지한다.
상술한 실시예들에 있어서, 샤워 플레이트(31)는 기판(W)으로부터 노출되는 금속과 동일한 종류의 금속으로 형성되는 금속 플레이트(제1 층(31a))로부터 형성될 필요는 없다. 예를 들면, 샤워 플레이트(31)에 있어서, 전술한 금속은 스퍼터되 거나, 도금되거나, 분사되거나 또는 기상 증착되어 기판(W)으로부터 비산되는 금속 원자들이 침적될 수 있는 표면(기판(W)을 향하는 표면)에 필름을 형성할 수 있다. 보다 상세하게는, 예를 들어 도 4를 참조하면, 상술한 금속은, 기판(W)을 향하는 소정의 금속으로부터 형성된 금속 플레이트(41a)(예를 들면, 알루미늄 플레이트)로 구성된 표면(하부 표면) 상에 분사될 수 있다. 이에 따라 상기 표면에 전술한 금속으로 금속 필름(41b)이 형성된다.
전술한 실시예들에 있어서, 샤워 플레이트(31)의 제3 층(31c)의 형성(불화 처리)은 상기 애싱 시스템과는 다른 장치에 의해 수행된다. 그러나, 본 발명이 그러한 방식으로 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 애싱 시스템에 부착된 후, 제1 층(31a) 및 제2 층(31b)으로 형성된 샤워 플레이트(31)는 상기 애싱 시스템 내에서 불소를 함유하는 플라즈마를 사용하여 불화 처리될 수 있다.
선택적으로, 기판(W)으로부터 노출되는 금속과 동일한 종류의 금속으로 형성된 챔버(11) 내에서, 예를 들면, 표면 산화 처리가 기판(W)을 향하는 표면과 다른 표면에 대해 수행될 수 있다.
상술한 실시예들에 있어서, 확산 방지벽(33)은 전체적으로 기판(W)으로부터 노출되는 금속으로부터 형성된다. 그러나, 금속은 단지 기판(W)으로부터 비산되는 금속 원자들이 포집될 수 있는 표면들(내주면(33a) 및 하부 표면(33b))로부터 노출되는 것이 요구된다. 따라서, 예를 들면, 전체 확산 방지벽(33)은 소정의 금속(예를 들면, 알루미늄)으로 형성될 수 있으며, 분사 또는 이와 유사한 공정이 확산 방지벽(33)의 내주면(33a) 및 하부 표면(33b)에 전술한 금속으로 구성된 금속 필름을 형성하기 위해 수행될 수 있다.
상술한 실시예들에서의 부착 부재(32)는 기판(W)으로부터 노출되는 금속과 동일한 종류의 금속으로 형성될 수 있다.
전술한 실시예들에 있어서, 확산 방지벽(33)은 생략될 수 있다.
상술한 실시예들에 있어서, 챔버(11), 샤워 플레이트(31) 및 확산 방지벽(33)이 접지될 필요는 없다.
상술한 실시예들에 있어서, 본 발명은 반도체 웨이퍼(W)로부터 레지스트 필름을 제거하기 위한 애싱 시스템에 구현된다. 그러나, 본 발명은 플라즈마 또는 라디칼들을 사용할 때 제거 가능한 필름 또는 유기 물질을 제거하기 위한 애싱 시스템에 구현될 수 있다.
전술한 실시예들에 있어서, 본 발명은 산소 플라즈마를 사용하는 애싱 시스템에서 구현된다. 그러나, 본 발명은 이러한 방식에 한정되지 않으며, 다른 유형의 플라즈마(예를 들면, 수소 플라즈마)를 사용하는 애싱 시스템에 구현될 수 있다.
상술한 실시예들에 있어서, 본 발명은 산소 플라즈마를 사용하는 플라즈마 애싱 시스템에서 구현된다. 그러나, 본 발명은 이러한 방식에 한정되지 않으며, 예를 들면, 자외선과 함께 오존 가스를 조사함으로써 산소 라디칼들을 발생시키는 광 여기 애싱 시스템에 구현될 수 있다.
전술한 실시예들에 있어서, 상기 애싱 시스템의 구조는 필요에 따라 변경될 수 있다. 예를 들면, 공급 가스의 종류가 증가될 수 있다.
상술한 바에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 다른 실시예들을 조합하여 사용할 수 있음이 명백하다. 따라서, 본 발명은 개시된 실시예들에 한정되지 않고 하기의 특허 청구 범위에 기재된 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 공정 챔버 내에서 노출된 금속을 포함하는 기판 상의 유기 물질을 애싱하기 위한 애싱 시스템에 있어서,
    공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내에서 상기 기판을 지지하는 스테이지; 및
    상기 스테이지를 향하고 상기 공정 챔버의 내부 표면과 갭을 형성하도록 상기 공정 챔버 상부의 내부 표면에 부착되며, 상기 갭을 통하여 상기 공정 챔버로 공급되는 활성종들을 확산시키고, 상기 활성종들이 통과하는 관통 홀을 포함하는 확산 플레이트를 구비하며,
    상기 활성종들에 의해 상기 기판으로부터 비산되는 금속은 상기 기판을 향하는 상기 공정 챔버 상부의 내부 표면 및 상기 기판을 향하는 상기 확산 플레이트의 하부 표면에 포집되며,
    상기 공정 챔버의 내부 표면 및 상기 확산 플레이트의 하부 표면은 상기 기판으로부터 비산되는 상기 금속에 의해 비활성화된 활성종들의 양의 변화를 억제할 수 있도록 상기 기판으로부터 비산된 상기 금속과 동일한 종류의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 애싱 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    실린더 형상이고 상기 확산 플레이트를 둘러싸며, 상기 스테이지 상에 지지되는 상기 기판에 대한 상기 활성종들의 불필요한 확산을 방지하는 확산 방지벽을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 애싱 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 확산 방지벽의 내주면 및 하부 표면은 상기 기판으로부터 비산되는 상기 금속과 동일한 종류의 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 애싱 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 공정 챔버는 상기 기판으로부터 비산되는 상기 금속과 동일한 종류의 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 애싱 시스템.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 스테이지는 상기 스테이지에 고주파 바이어스를 인가하는 고주파 전력 공급기에 연결되며,
    상기 공정 챔버 및 상기 확산 플레이트는 전기적으로 상기 스테이지의 대향 전극으로 기능하는 것을 특징으로 하는 애싱 시스템.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 확산 플레이트는 상기 활성종들이 공급되는 표면을 포함하며, 패시베이션 필름이 상기 활성종들이 공급되는 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 애싱 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 확산 플레이트는, 상기 기판으로부터 비산되는 상기 금속과 동일한 종류의 금속으로 형성된 금속 플레이트이며, 상기 금속 플레이트는 상기 기판을 향하는 하부 표면 및 상기 활성종들이 공급되는 상부 표면을 포함하며, 상기 상부 표면상에 형성되는 상기 패시베이션 필름으로 기능하는 금속 산화물층을 구비하는 것을 특징으로 하는 애싱 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 확산 플레이트는, 상기 기판으로부터 비산되는 상기 금속과 동일한 종류의 금속으로 형성되는 금속 플레이트이며, 상기 금속 플레이트는 상기 기판을 향하는 하부 표면 및 상기 활성종들이 공급되는 상부 표면을 포함하며, 상기 상부 표면상에 형성되는 상기 패시베이션 필름으로 기능하는 불화물층을 구비하는 것을 특징으로 하는 애싱 시스템.
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